Les grands Physiciens

8/14/2019 Les grands Physiciens

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LES GRANDES DECOUVERTES

ET LES GRANDS PHYSICIENS

LAntiquit

Les grands gomtres au sens tymologique du terme

A. THALS DE MILET (625 547 av. J.C.)

Philosophe, astronome, mathmaticien

grec, originaire de Milet, Ionie,aujourdhui en Turquie, fondateur de laphilosophie grecque et considr commelun des Sept Sages.Philosophe de la nature, Thals fut le premier tenter de donner une explication rationnelle,et non mythologique,de l'univers.

Il devint clbre grce la prdiction de lclipse de Soleil du 28 Mai585 av. J.C., (Cette prdiction eut une consquence non ngligeable.A cette date, les Mdes du Roi Cyaxare et les Lydiens du Roi Aliathetaient en guerre et devaient se livrer une bataille dcisive.Quand ils virent brusquement le jour se transformer en nuit, commelavait prdit Thals, ils connurent une telle panique quils prfrrentcesser les combats et signer un accord de paix.), ainsi qu' un

thorme de la thorie du triangle auquel il donna son nom et quilappliqua la mesure de la hauteur des Pyramides et la mesure desdistances en mer.Il est aussi connu pour ses travaux sur l'lectricit statique.Il avait en effet constat quun morceau dambre jaune (sve dunrsineux devenue solide) frott sur de la laine ou de la fourrure attirait lui des objets comme plumes, brins de paille ou petits morceaux debois. Le mot lectricit vient du grec lektron qui signifie ambre.

Il aurait galement t le premier remarquer que certains minerais dela rgion de Magnsie ont la proprit d'attirer le fer.

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Il posa la premire vraie question sur la nature du monde vers 585 av.J.C. : De quoi le monde est-il fait ?

Cette interrogation constitue ce que l'on a coutume d'appeler le

Miracle grec

C'est une question d'ordre astronomique voire astrophysique qui faitde lui premier physicien.Il cherche comprendre lorganisation de lunivers.

Thals tait persuad que lEau tait la base de toutes choses puisquecapable de se transformer en Air par vaporation ou en Terre lorsque le Nil dpose son limon au cours de ses inondations annuelles.Cette conception lui tait venue suite la constatation quil avait faiteque toute crature vivante (vgtal, animal ou humain) taitinvariablement humide .Les plantes, les aliments sont humides alors que les pierres inertesne le sont pas et que les cadavres se desschent

Cette ide peut aujourdhui nous sembler bien " rudimentaire ", mais lpoque de Thals, o tous les phnomnes baignaient dans unemythologie effroyablement complexe, tenter dexpliquer TOUT par unnombre rduit dhypothses, tait foncirement rvolutionnaire.

Et puis, il ne faut pas non plus oublier que Thals avait fait sonducation de base en Egypte et en Msopotamie, deux pays on ne peut

plus arides et dans lesquels les fleuves (Nil, Tigre, Euphrate) taientlobjet de vritables cultes puisque source de vie.Pour lui, la Terre est suppose plate, de la forme d'un disque,entirement ceinture par le fleuve Ocan et recouverte d'un ciel encoupole hmi-sphrique.L' hmi-sphricit est suggre par le mouvement des astres quidcrivent de grands arcs de cercles au cours de la journe et de la nuit.Le retour journalier de mouvements similaires pose question.

Certains pensent que les astres, aprs avoir disparu de l'horizon,reviennent leur point de dpart en empruntant le fleuve Ocan.

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D'autres avancent que ce sont chaque jour de nouveaux astres qui sedplacent dans le ciel, certaines parties de la Terre ayant le pouvoir deles allumer ou de les teindre.

Quel support pour la Terre ?

Sur quoi s'appuie la Terre pour ne pas tomber vers un autre lieu du ciel ?L'interrogation est droutante.

Aprs l'avoir imagin soutenue par un pilier imaginaire, Thals faitreposer la Terre sur de l'eau.Cette flottaison " instable " lui permettait dexpliquer les tremblements

de terre. De quoi le monde est-il fait ?

Cette question va tre le dtonateur qui va engendrer dnormesprogrs. Mme si la rponse nest pas trs intressante,

Le plus important tait de se poser la question !

Il serait mort de dshydratation alors quil assistait, passionn, unconcours de gymnastique. En fait, il fut plus certainement victime deleffet de foule. Quand le public se dispersa la fin de la comptition,on le retrouva tendu sur les gradins, comme sil tait en train dedormir. Sur son tombeau fut inscrit cette pitaphe :

Ce tombeau est certes troit, mais considre quil atteint lesdimensions du ciel, la gloire de Thals, lhomme trs sens.

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Thals et le secret de la pyramide de Khops

Vers 2500 av. J.C. le roi dEgypte Khops fit construire Guizeh, sonmodeste tombeau : la clbre Grande pyramide qui est considrecomme lune des sept merveilles du monde.Thals en voyage en Egypte fut tonn par les dimensions de cemonument qui dpassaient tout ce quil avait pu imaginer.La hauteur de la pyramide semblait impossible mesurer.Pourtant il y parvint avec laide du Soleil et beaucoupdimagination ...Il avait remarqu que lombre dun objet est proportionnelle la taillede cet objet. Le rapport quil entretenait avec son ombre devait tre le

mme que celui que la pyramide entretenait avec la sienne.Il en dduisit ceci :

A linstant o mon ombre sera gale ma taille, lombre de lapyramide sera gale sa hauteur.

Il traa dans le sable un cercle de rayon gal sa propre taille, se plaaau centre, se redressa afin dtre bien droit et fixa le bout de son

ombre. Lorsque celle-ci effleura la circonfrence lalongueur de lombre fut gale sa taille.A ce moment il planta un pieu lendroit atteint par lextrmit delombre de la pyramide.

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Thals ne peut mesurer directement (en nombre de pas par exemple)que la partie de lombre de la pyramide stendant en dehors de labase, ainsi que la largeur de la pyramide.

La pyramide a une largeur de 254 pas, son ombre a une longueur de34 pas.Il obtint alors la hauteur de la pyramide en pas : 161 pasSoit en mtres : 144,9 mEn comparant ce rsultat la valeur actuelle de la hauteur de lapyramide : 147 mtres, on trouve une lgre diffrence denviron deuxmtres. Do peut-elle provenir ?En ralit lorigine la pyramide de Khops tait coiffe dun

pyramidion en or qui brillait au Soleil et indiquait la prsence dutombeau plusieurs kilomtres de distance.

La gloire de Thals : La prdiction des clipses : le Saros

Comme nous lavons vu ce qui rendit vraiment Thals clbre ce fut laprdiction de lclipse de Soleil du 28 Mai 585 av J.-C.Dautant plus que si les clipses de Lune sont visibles depuis une

norme portion de la Terre, il nen est pas de mme des clipses deSoleil qui ne peuvent sobserver que sur des territoires prcis etrduits.

Si l'orbite terrestre, ou cliptique, tait dans le mme plan que l'orbitelunaire, deux clipses totales surviendraient au cours de chaque moislunaire : une clipse de Lune se produirait au moment de chaquepleine lune, et une clipse de Soleil apparatrait au moment de chaque

nouvelle lune. Les deux orbites sont toutefois inclines .Par consquent, les clipses surviennent seulement lorsque la Lune oule Soleil sont aux lieux d'intersection des deux orbites.Priodiquement, le Soleil et la Lune retrouvent une mme position parrapport l'un des lieux dintersection.Ainsi, les clipses se produisent intervalles rguliers appelssarosqui signifie rptition.

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Unsaros correspond environ 6 585,3 jours, c'est--dire 18 annes,de 9 11 jours (selon le nombre d'annes bissextiles) et 8 heures.Ce sont les astronomes chaldens (Babylone) qui en tudiant lesmouvements du Soleil et de la Lune ont dcouvert le cycle que lesastronomes modernes dsignent sous le nom desaros et quicorrespond une priode de 223 lunaisons ou mois lunaires.

Les mois taient alternativement de 29 et 30 jours avec des correctionspour rduire le dcalage progressif entre les annes et les saisons.Chaque clipse est identique la prcdente, mais est dplace enlongitude denviron 120 vers louest dune clipse la suivantepuisque la Terre a tourn dun tiers de tour supplmentaire.

Ce cycle intervient encore aujourdhui dans le calcul des clipses.Pendant unsaros, environ 70 clipses ont lieu, dont 29 clipses deLune et 41 clipses de Soleil.Parmi ces dernires, en gnral 10 sont totales et 31 partielles.Au cours d'une anne, il se produit de 2 7 clipses.

Cependant, un long intervalle de temps spare deux observations

successives d'clipses totales de Soleil partir d'un mme lieu.Ainsi, depuis le dbut du sicle, on n'a pu observer que trois clipsestotales de Soleil en France, l'une le 17 avril 1912, l'autre le 15 fvrier1961, la dernire le 11 aot 1999 (lombre de la Lune a balay laFrance douest en est en moins de 20 min partir de 10 h 20, tempsuniversel).

Puisquune clipse totale de Soleil a eut lieu en le 11 Aot 1999 et

puisque la dure d'unsaros est de 18 ans 9 ou 11 jours suivant lenombre d'annes bissextiles contenues dans ce Saros.A quelle date a eut lieu la prcdente clipse totale de Soleil ?Rponse : le 31 Juillet 1981

A quelle date devrait avoir lieu la prochaine clipse totale de Soleil ?Rponse : le 22 Aot 2017

A quelle date devrait avoir lieu la prochaine clipse en France ?Le 5 novembre 2059. Ce sera une clipse annulaire.

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A quelle date devrait avoir lieu la prochaine clipse totale en France ?Le 3 septembre 2081.

Visiblement Thals ne possdaient pas les connaissances ncessairespour effectuer une telle prdiction et beaucoup sont convaincus quilutilisa pour ce faire les donnes astronomiques rassembles par lesBabyloniens. Mais le mystre nest pas rsolu pour autant car lesrecherches rcentes on montr que si les astronomes de Babylonetaient capables de prvoir une clipse de Soleil avec exactitude, ils nepouvaient le faire que pour leur secteur. Leurs connaissances ne leurpermettaient pas de faire des prdictions pour des lieux situs des

latitudes et longitudes diffrentes.

Eclipses de Soleil et de Lune

Une clipse lorsque la lumire d'un corps cleste est momentanmentmasque par un autre corps. Les clipses de Lune se produisent deuxou trois fois par an, lorsque la Lune traverse l'ombre projete par laTerre dans la direction oppose celle du Soleil. Les clipses de Soleil

se produisent une ou deux fois par an, lorsque la Lune passe entre leSoleil et la Terre, projetant sur la Terre une ombre large de moins de200 km.

Une clipse de Soleil n'est visible que si l'ombre projete par la Lunepasse par le lieu d'observation sur la Terre. Une clipse de Lune est

visible de n'importe quel endroit de la Terre o la Lune est visible.

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B.ERATOSTHENE DE CYRENE :(273 - 192 av. J.C.)

Astronome, gographe, mathmaticien et philosophe grec originairede Cyrne, aujourd'hui Shahhat en Libye. Il s'tablit Alexandrie oil devint responsable de la clbre Bibliothque.

En gographie, il fut une autorit reconnue de toute l'Antiquit.Il avait eu l'ide de diviser le globe au moyen d'un axe Est-Ouestparallle l'quateur et qui passait par Rhodes et d'un axe Nord-Sudperpendiculaire au premier et passant par Alexandrie.

Ainsi tous les lieux connus se situaient par rapport un parallle et unmridien de rfrence.

Il mesura aussi lobliquit de lcliptique (angle dinclinaison de laxede la Terre) avec une prcision remarquable puisquil aurait trouv11/83 de 180, soit 23 51' 15".Ce qui reprsente une erreur de seulement 7 minutes darc.Il constitua un catalogue (aujourdhui perdu) de 675 toiles.

Mais surtout, il fut le premier proposer une mthode de mesure de lacirconfrence terrestre encore en usage aujourd'hui.Ses calculs taient fonds sur lobservation qu midi, au moment dusolstice dt, le Soleil Syne (aujourdhui Assouan) se trouve laverticale car il ne donne aucune ombre (Syne se situe presquedirectement sur le tropique du Cancer).A Alexandrie, se servant de lombre projete par un oblisque,il mesura la mme date et au mme moment langle que faisaient

avec la verticale les rayons du Soleil.Connaissant la distance entre Syne et Alexandrie, il fut ainsi capablepar des calculs trigonomtriques de dterminer la circonfrence de laTerre (prs de 40 000 km) avec une prcision de l'ordre de 5%.

Devenu aveugle, il se laissa mourir de faim Alexandrie.

Avec Eratosthne une transition importante s'opre.

Les astronomes dsormais se proccupent davantage des dimensionsdes corps clestes plutt que de leur agencement.

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Calculs d'Eratosthne :

- Lobliquit de lcliptique par rapport lquateur : 23 51' 20''- La circonfrence de la Terre : 42 000 km

En profitant des clipses de Lune, Eratosthne tenta aussi de mesurerla distance Terre/Lune et trouva 780 000 stades ainsi que la distanceTerre/Soleil pour laquelle il proposa 804 000 000 de stades.Valeurs fausses bien sr, mais permettant nanmoins de concevoir unUnivers bien plus grand que tout ce que lon imaginait alors.

Pour la majorit des contemporains dEratosthne, la Terre tait ungrand disque plat surmont dun ciel plus ou moins complexe surlequel se dplaaient :

- Le Soleil.- La Lune.- Les Etoiles fixes.- Les Plantes (astres errants) : Mercure, Vnus, Mars, Jupiter etSaturne.

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Mesure de la Circonfrence de la Terre

Eratosthne avait entendu des voyageurs raconter, qu Syne(aujourdhui Assouan) le 21 Juin midi, le Soleil se trouvaitexactement la verticale de la ville.A tel point que ses rayons parvenaient mme toucher le fond dunpuits troit et profond de cette ville.Or, Eratosthne observa que chez lui, Alexandrie, au Nord de Syne,le Soleil faisait toujours une ombre. Do lide que, sil pouvaitmesurer la longueur de lombre Alexandrie lheure o il ne senproduisait pas Assouan, il serait en mesure de calculer lacirconfrence terrestre.

Le 21 Juin, il mesura lombre dun oblisque haut de 20 m et calculaainsi langle que font les rayons du Soleil avec la verticale.

Des calculs trigonomtriques permettent de calculer la valeur de cetangle. Il fut valu par Eratosthne 7 12

Rayons quasi-parallles provenantdu Soleil lointain

Oblisque

Puits

Ombre

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Toujours en parlant avec des voyageurs, Eratosthne appritquil fallaitcinquante jours unchameau pour faire le voyage deSyne Alexandrie.Sachant quun chameau parcourtla distance de100 stades parjour en moyenne ( le stade tait lunit delongueur utilise lpoque dEratosthne )Il calcula en stades la distanceentre Syne et Alexandrie.Soit environ 5000 stades. A partir de ce rsultat il pucalculer en stades la circonfrencede la Terre.Seulement les arpenteurs de lpoque mesuraient les distance encomptant leurs pas !Ainsi un stade reprsentait 600 pas.Le problme est quil a t trs difficile aux archologues et aux

historiens de trouver la valeur dun pas qui variait enfonction des rgions.Si lon suppose quun pas mesure 28 cm, ce qui est assez proche de laralit, on obtient pour la valeur de la circonfrencede la Terre : 250 000 stades soit 42 000 km.La valeur exacte tant proche de 40000 km, lcart dEratosthne estde lordre de 5%. Ce qui est extraordinaire pour lpoque !!!

Remarque :

Que la mesure de langle soit meilleure que celle des distances narien dtonnant.De plus il est trs difficile dapprcier la valeur que pouvaitreprsenter un pas cette poque.Nanmoins la prcision laquelle il parvient dans son calcul ne seretrouvera plus avant les temps modernes.

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C. EMPEDOCLE DAGRIGENTE : (490 - 430 av. J.C.)

Philosophe grec originaire d'Agrigente, en Grande Grce (aujourd'huien Sicile).Mdecin, prophte et chef, aprs son pre, du parti dmocratique de saville natale, Empdocle aurait mme remport une victoire aux JeuxOlympiques.Il serait mort en Grce l'ge de soixante ans ; mais une lgende quelon doit Heraclide du Pont prtend qu'aprs avoir ressuscit unefemme dAgrigente, il aurait compris que sa popularit avait atteint

son point culminant et quil ne lui restait plus qu disparatre commeun Dieu. Il se serait alors jet dans le cratre de l'Etna. Le volcanaurait mme rejet sa sandale de bronze

De ses deux grands pomes philosophiques (les Purifications et Surl'Univers), il ne subsiste qu'une centaine de fragments, o il affirmaitque toute chose se compose des quatre principaux lments :la Terre, l'Eau, l'Air et le Feu.

Empdocle fut en effet le fondateur de la thorie des quatre lmentsconserve jusqu' l'poque de la chimie moderne.

La Terre est le principe et le support de ltat solide et de lascheresse.LEau est le principe et le support de ltat liquide et du froid.LAir, celui de ltat volatil et gazeux.Le Feu, plus subtil, rpond la notion de fluide thr (= impalpable ),

il est le support symbolique de la lumire et de la chaleur.

Pour Empdocle :

"Les quatre lments la Terre, l'Eau, l'Air et le Feu se mlangent et sedivisent sans cesse mais de telle sorte que la matire reste toujoursconstante "

Il est important de remarquer que si leurs mlanges et leurscombinaisons produisent tous les corps naturels, les lments, dans ce

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systme, ne sont pas susceptibles dtre transforms : ils subsistent pareux-mmes et ne se peuvent changer les uns en les autres.

Ces quatre lments fondamentaux (Terre, Eau, Air et Feu) sont misen mouvement et combins par deux principes opposs : l'Amour,principe de rassemblement et d'harmonie, et la Haine, principe dedispersion et de discorde.L'Amour, Eros en grec, est le principe de toute synthse et runion.C'est l'nergie d'intgration.Tandis que la Haine , Polmos en grec, est une division desphnomnes de la nature.C'est l'nergie de dsintgration.

L'ide d'Empdocle est que dans le monde matriel la dissociationprend le pas sur la concentration.Il y a l les prmisses de la thorie moderne d'un Univers enperptuelle expansion !

Sa vision de l'Univers est base sur sa thorie Nuitdes quatre lments.

Le feu ml dair se concentre pour formerlhmisphre du jour (feu = lumire),tandis que la vapeur monte des eaux emplit Jourlautre moiti du ciel pour former l'hmisphrede la nuit. Lunivers sallonge et prend la forme Feudun uf.Retenus dans le mlange, mais toujours ports se retrouver, les lments s'animent.

Le feu entrane la rotation des deux hmisphres du jour et de la nuit.La Terre sphrique repose immobile au centre, opposant une rsistanceactive aux mouvements giratoires de la vote des astres fixes et dessphres intermdiaires.Le Soleil na pas de corps propre.

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On reconnat aussi Empdocle le mrite davoir prouv lexistencede lAir en tant que quelque chose de matriel nayant rien voiravec le vide.

Dans un fragment de son trait qui nous est parvenu, il explique que si une petite fille (crature on ne peut plus nave et ignorante) prendun rcipient de cuivre et en bouche louverture avec sa main, leretourne et lenfonce dans leau leau ny pntre pas car laircontenu dans le rcipient len empche en la repoussant .Il y a l une bien belle preuve exprimentale, peut tre mme lapremire de lhistoire des Sciences.Il dcouvrit aussi la force centrifuge en constatant que si lon

faisait tourner un seau plein au bout dune corde, leau adhrait aufond et ne tombait pas.

Il prtendait que la Lumire tait une mission deffluves qui setransmettaient instantanment. Selon lui, la lumire de la Lune tait emprunte au Soleil . Cela lamena sintresser aux clipses.Il affirmait aussi que le son tait une vibration de lair.

Supposons maintenant que vous vouliez refroidir une canette deCoca-Cola et que vous disposiez dun pain de glace.Placeriez-vous ce pain sur la canette ou bien sous la canette ?

Coca glace

Coca

glace

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D. DEMOCRITE :(460 - 370 av. J.C)

Leucippe (460 av. J.C. - 370 av J.C.), philosophegrec n probablement Abdre. On dispose de peud'lments fiables sur sa vie et aucun de ses critsn'est parvenu jusqu' nous. Leucippe passe nanmoinspour l'initiateur de la thorie atomiste, dveloppesuccessivement par Dmocrite, picure et Lucrce,ses disciples. Selon les premiers philosophes atomistes, la matire estconstitue de particules identiques et indivisibles appeles atomes.

Dmocrite

Philosophe grec, originaire d'Abdre, Thrace, aujourd'hui en Turquie,Cicron rapporta que, pouss par le dsir de sinstruire , il fit denombreux voyages, et parvint formuler une explication rationnellede la nature qui fut reprise par picure et ses successeurs.Il passe pour avoir crit cinquante-deux ouvrages, traitant de lthique,

de la physique, des mathmatiques, de la musique et des techniques.Il est difficile dvaluer son uvre, car seuls quelques fragments noussont parvenus, cits le plus souvent par des auteurs qui ne partageaientpas sa philosophie.Il est le principal fondateur du matrialisme (doctrine qui affirme querien n'existe en dehors de la matire et que l'esprit est lui-mmeentirement matriel) et de l'atomisme.

Faute de tmoignages fiables sur la vie de Dmocrite, la littratureantique fournit de nombreuses anecdotes qui traduisent, au moins enpartie, la manire dont il tait peru en Grce et Rome.Certains affirmaient quil avait dlaiss son patrimoine pour seconsacrer la pense, dautres, notamment Plutarque, racontaientquil stait t la vue pour ntre plus distrait par les objets extrieurs,notamment par les femmes quil aurait, au dire de Tertullien, vouluaimer toutes. La plupart saccordent en faire un modle de bonne

humeur. Juvnal, dans ses Satires, en a fait lpigramme : Un rireperptuel secouait Dmocrite.

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Dmocrite concevait la cration des mondes comme la consquencenaturelle de lincessant tournoiement des atomes dans lespace.Les atomes se dplacent au hasard dans le vide, se heurtentmutuellement, puis se rassemblent, formant des figures, qui sedistinguent par leur taille, leur poids et leur rythme.Ces figures peuvent elles-mmes entrer dans la composition dobjetsplus complexes. Les diffrences qualitatives perues par les sens entreles choses tout comme lapparition, le dclin et la disparition decelles-ci ne rsultent pas de qualits inhrentes aux atomes mais deleur disposition quantitative.

Dmocrite admettait deux principes de formation de lUnivers.Le plein, quil nomma, atomos, cest--dire qui signifie qui ne peuttre coup : a privatif et temo = couper. indivisible , inscable .

Lexpression avoir (ou non) des atomes crochus provient de la thoriede Dmocrite qui estimait que les atomes constituant la matiredevaient possder des crochets pour sattacher les uns aux autres.

Le vide dans lequel se dplacent les particules de matire pure,minuscules, invisibles, indestructibles et infinies en nombre.

La diversit de tout ce qui est dcoule de la multiplicit des formesqui peuvent natre de la combinaison des atomes.

Selon lui, toute la nature est constitue partir d'une infinit departicules ternelles indestructibles et indivisibles, entranes par unmouvement ternel dans l'espace vide infini.

Incolores, inodores, sans saveur, et se diffrenciant par leurs formeset leurs grandeurs, les atomes sont soumis aux seules lois du chocdans le vide ; seuls le hasard et la ncessit prsident donc leursrencontres et leurs enchevtrements grce auxquels se forment,dans l'infinit de l'espace et dans l'ternit du temps, des corpscomposs ou mme des mondes comme celui o nous vivons.

En effet, Dmocrite avait os affirmer que notre univers n'tait quel'un des univers possibles, tant cette multiplicit de combinaisons

tait fconde.

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Dans lAntiquit, on connaissait aussi les proprits de la pierre ditedHracle, de Lydie ou de Magnsie (do le terme de magntisme),qui constitue les aimants et que lon appelle la magntite. Dmocritedonna galement un trait de laimant dont

les atomes pntrent au milieu de ceuxmoins sensibles du fer pour les agiter .

Enfin et surtout, il nonce clairement le Grand Principe Philosophiquequ'on retrouve la base de toute cosmologie matrialiste :

le mouvement est insparable de la matire .

La thorie atomiste prfigure la pense moderne, non parce quelleutilise le terme atome , mais parce quelle sefforce de construirela complexit du rel partir de principes rels.

Cause et effet doivent tre dfinis sur le mme plan.Par cette dtermination dune causalit homogne, Dmocrite etLeucippe ont jet les fondements de la recherche objective et de

lesprit scientifique.L'agrgation et la dsagrgation des atomes que Dmocrite expliquepar une "Ncessit" correspondent ce quon appelle aujourd'hui :le Dterminisme Universel.

Peu importe la direction ( horizontale ) dans laquelle vous voustrouvez, laiguille dune boussole indiquera toujours la mmedirection.

Nord

Sud

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La Terre se comporte comme un gigantesque aimant. Cet aimantoriente tous les aimants se trouvant sur la Terre vers son sommetappel ple nord. Le mot boussole vient de litalien boussola quisignifie petite boite car les premires boussoles taient places dans depetites boites pour permettre leur transport.

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E. ARISTOTE DE STAGIRE :(384 - 322 av. J.C.)

Philosophe grec, originaire de Stagire,surnomm lestagirite, fondateur deLa Logique et inventeur du raisonnementhypothtico-dductif, il est l'auteur d'ungrand nombre de traits de logique,de politique, de biologie, de physique et de mtaphysique.A lge de dix-sept ans Aristote se rend Athnes pour suivrelenseignement de Platon lAcadmie. Il y restera vingt ans et sera

lun de ses disciples les plus brillants. Vingt ans, pendant lesquels ilacquiert une culture encyclopdique, touchant tous les aspects dusavoir de son temps. A la mort de Platon, il quitte Athnes et voyagejusqu' ce que Philippe de Macdoine le nomme prcepteur de sonfils, le futur Alexandre le Grand dont il demeurera l'ami.En 335 que, de retour Athnes, il fonde le Lyce, ainsi nomm enl'honneur d'Apollon Lyceius, dieu des Bergers, et parce qu'il est situdans une plaine o se trouve un temple ddi cette divinit.

On le surnomma Pripatos cause du pristyle o se promenaientmatres et disciples, qui recevront le nom de pripatticiens.Il y enseigne une douzaine d'annes. Contraint de fuir Athnes lamort d'Alexandre en 323 sous l'accusation d'impit, il meurt noy Chalcis l'ge de 62 ans en cherchant dterminer la vitesse d'uncourant marin.

Aristote dfinit l'Homme comme le vivant qui possde la parole .

C'est pourquoi La logique d'Aristote est la doctrine du logos (mot quisignifie la fois la parole, le discours et la raison). Elle est exposedans les divers traits runis sous le nom d'Organon (l'instrumentphilosophique par excellence). Dans les traits qui composentlOrganon, il entreprend galement ltude de la proposition et duraisonnement, soit de la combinaison de plusieurs propositions.C'est ce que l'on appelle un raisonnement hypothtico-dductif ou unsyllogisme, c'est dire un raisonnement qui contient trois propositions(la majeure, la mineure et la conclusion), et tel que la conclusion estdduite de la majeure par l'intermdiaire de la mineure.

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Voici un exemple que lon doit Guillaume dOckham

Tous les hommes sont mortels (proposition majeure dusyllogisme) et Or, Socrate est un homme (proposition mineure)

s'ensuit ncessairement la conclusion : Donc Socrate est mortel. A la diffrence de Platon, qui privilgie les mathmatiques, Aristotesintresse la science et pour lui la connaissance se fonde surlexprience sensible :

Il ny a rien dans lintellect, crit-il, qui ne fut dabord dans lessens.

Au Lyce il commence par enseigner l'art de raisonner, de dduire par

des raisonnements, les consquences de postulats de dpart appels : Principes .Ainsi form la Logique, aux Mathmatiques l'tudiant se trouveenfin en tat de donner un contenu, un sens ces raisonnements.C'est lobjet des huit livres de la Physique ( tude de la naturephsis = nature en grec ) dont les quatre premiers sont consacrs auxprincipes et les quatre suivants aux mouvements.Selon Aristote, chaque corps ou lment possde un mouvement

naturel, qui consiste tendre vers son lieu naturel o il demeureimmobile. Les corps se partagent en deux catgories, les lourds et leslgers ; et les mouvements, en mouvements naturels et mouvementsviolents.Les corps lourds tombent en ligne droite vers le centre de la Terre, lieunaturel de leur repos ; les corps lgers vont en sens inverse.Les premiers tombant plus vite que les seconds !Les mouvements violents sont ceux confrs un corps par une

projection. Cette impulsion est transmise l'air, qui, tout en freinant lemouvement, en assure l'entretien.Pour Aristote

Tout ce qui est m est m par quelque chose.Le corps en mouvement s'arrte quand la force

qui le pousse ne peut plus agir de faon le pousser.

Mme un mouvement uniforme a besoin, selon lui d'une force pour sepoursuivre.

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Il faudra attendre des sicles et tout le gnie de Galile pour dmontrerle contraire.

En astronomie, Aristote considre lunivers comme sphrique et fini,la Terre tant place en son centre est elle aussi sphrique : La sphricit de la Terre nous est prouve par le tmoignage de nossens : car si tel n'tait pas le cas, les clipses de la Lune neprendraient pas les formes qu'elles ont. En effet, alors que, dans lesphases mensuelles de la Lune, les segments sont de toutes espces -droits, gibbeux ou en forme de croissant -,dans les clipses la, ladmarcation est toujours arrondie. Cette ligne courbe, si l'clipse est

due l'interposition de la Terre, signifie donc la sphricit de celle-ci.

Mais pour lui, mme si la Terre est ronde, elle n'en demeure pasmoins immobile :

Ce qui prouve la fixit de notre plante, c'est le fait que des objetslourds lancs verticalement vers le haut retombent leur point dedpart, mme si la force les projetait infiniment loin.

Limmobilit de la Terre

D'aprs Aristote :

Un corps lourd, lanc verticalement retombe son point de dpart,mme si la force les projetait infiniment loin...

Cela prouve limmobilit de la Terre, corps lourdcar si elle se dplaait le dit projectiledevrait retomber derrire le lanceur, lanceur puisque pendant la dure de son vol Terrela Terre aurait tourn.

Cette dmonstration vous parat-elle valable ?

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Ce problme est rapprocher dun problme clbre qui sintitule :Comment voyager peu de frais ?Si lon tient compte de la rotation de la Terre un moyen simple devoyager peu de frais serait de slever dans les airs (avec unemontgolfire par exemple ) et de sy maintenir un certain temps.Temps ncessaire la Terre pour effectuer une partie de sa rotationdOuest en Est.On pourrait ainsi se poser en un lieu se trouvant trs loin lOuest dupoint de dpart.

O est donc le problme ?

Cette ide nest que pure fantaisie. En slevant dans lair on ne sedtache pas du globe terrestre (comme le font les astronautes) ;on reste li sa couche gazeuse, suspendu dans son atmosphre quiparticipe, elle aussi, la rotation de la Terre sur son axe.Lair tourne avec la Terre et entrane dans son mouvement tout ce quisy trouve : les nuages, les insectes, les oiseaux, les cailloux, lesavions ...Voil pourquoi la dmonstration dAristote nest pas valable.

Il sera nanmoins intressant de rapprocher ce problme de celui de ladviation vers l'Est.

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En effet, dune tour ou dans un puits, une pierre est dvie dans sachute dans le sens de rotation de la Terre, donc vers lEst cause de laforce de Coriolis. Ceci est valable bien sur pour lhmisphre nord. Atitre dexemple, un objet lch du haut de la tour Eiffel (324 m)subirait une dviation vers lEst de 8,6 cm sil ntait soumis lors de sachute aux frottements de lair.

Sa conception de l'Univers emprunte Empdocle sa thorie desquatre lments et Eudoxe son systme de sphres. La Terre et l'Eauont le centre de l'Univers comme lieu naturel, et tendent y retourner :ils tombent. En revanche l'Air et le Feu ont le ciel pour lieu naturel :ils montent verticalement et ne sont arrts que par les sphres sur

lesquelles tournent les astres errants et les toiles.En rflchissant sur la nature physique des sphres dEudoxe et sur laraison de leur mouvement Aristote introduisit des mcaniques rouages reliant les sphres les unes aux autres. Quant aux sphreselles-mmes, elles taient constitues dun gaz inconnu dont laproprit essentielle est de tourner dun mouvement uniforme.Ce cinquime lment o Quintessence que les savants du XVIIme

sicle appelleront Ether est le constituant des objets clestes.

Invisible, inodore, impalpable et incapable de tout changement autrequ'un changement de lieu son mouvement naturel consiste en unerotation constante et ternelle autour du centre de l'Univers : la Terre.

Vision d'Aristote : EtherFeu

Les quatre lments : la Terre, l'Eau, l'Air et le Feu Airse rpartissent hirarchiquement Eau

(du plus lger au plus lourd) autour de la Terre sphriqueet immobile au centre de l'Univers.Le mouvement des astres est circulaire et uniforme.

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Le cinquime lment

D'aprs Aristote :

Si un corps parcourt une mme distance dans deux milieuxdiffrents, le rapport des temps de parcours est gal au rapport desrsistances des milieux traverss, la rsistance du milieu est dautantplus faible que le milieu est dilu.

B A C

n1 n2

En appelant t1 le temps mis pour parcourir la distance AB dans lemilieu 1 de rsistance n1,En appelant t2 le temps mis pour parcourir la distance BC dans le

milieu 2 de rsistance n2, on peut exprimer sous forme algbrique larelation dAristote sachant que AB = BC = d.Aristote en dduisait que dans le vide le temps de parcours devrait trenul, ce qui rend impossible lexistence du vide.Do provient son erreur ?

Son erreur provient du fait quil pensait que la rsistance du milieuest dautant plus faible que le milieu est dilu.

Ceci est vrai, mais malgr cela la rsistance du vide nest pas nullepour autant.Elle est minimum et sa valeur est gale 1.A titre dexemple la rsistance de lair est de 1,0003 , celle deleau est de 1,333 ...

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Niveau Seconde Terminale :

v1 = AB / t1 = d / t1v2 = BC / t2 = d / t2

Or v = c / nt1 = d / v1t2 = d / v2

t1 / t2 = d / v1 v2 / d = v2 / v1 = c / n2 n1 / c = n1 / n2

Do :

t1 / t2 = n1 / n2

D'aprs Aristote :

Si nous supposons un instant que le vide existe, il faut admettrequune chose place dans ce vide ne pourrait sy mouvoir, puisquilny aurait en labsence de lieu aucune raison pour que son mouvementse produise dans une direction plutt que dans une autre.

Quelles sont les consquences de lexistence du vide pour Aristote ?

Quel problme astronomique cela peut-il engendrer ?

Lexistence du vide implique une impossibilit de mouvement.Ce qui rend difficile lexplication du mouvement des astres danslespace cest dire le vide.Cest pourquoi Aristote fut contraint dajouter un lment au quatreprcdemment introduits par Empdocle : la Terre, lEau, lAir et leFeu.

Cet lment fut baptis la quintessence : quinte = cinquime ;essence = lment

Ce cinquime lment surnomm ensuite ther ne tardera pas faire reparler de lui.

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Le mouvement

D'aprs Aristote :

Tout ce qui est m est m par quelque chose.Le corps en mouvement sarrte quand la forcequi le pousse ne peut plus agir de faon le pousser.

En vous basant sur la simple observation de phnomnes comme le jetdune pierre, le vol dun oiseau ... pensez-vous quAristote ait raison ?

Non. Une pierre lance continue sa trajectoire mme lorsque la forceexerce par la main sur la pierre nest plus en contact avec celle-ci.De mme quun oiseau continue de planer mme lorsquil ne bat plusdes ailes.

Do provient son erreur ?

Son erreur provient du fait quil attribuait un rle moteur lair.

Daprs lui la pousse de lair entretenait le mouvement.Nous savons aujourdhui que cest exactement le contraire et quuncorps en mouvement dans lair est ralenti cause des frottements delair sur ce corps.Cette ide de rle moteur de lair le contraint encore une fois conclure que tout mouvement dans le vide serait impossible et doncque le vide ne peut exister.

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Le lieu naturel

D'aprs Aristote :

La Terre tombe dans leau comme dans lair.Leau tombe dans lair. Le Feu, lui monte dans lair.

On peut alors en suivant sa logique classer les quatre lments parordre de lgret croissante.

Terre, Eau, Air, Feu

Que dire dun morceau de bois par rapport leau, par rapport lair ?

Un morceau de bois flotte sur leau mais tombe dans lair.

D'aprs Aristote :

Toutes choses ont de la pesanteur, except le Feu et toutes ont de lalgret except la Terre.

Selon les quantits respectives de pesanteur et de lgret quecontient un corps, celui-ci aura tendance, soit tomber - son lieunaturel est alors vers le bas - , soit monter - son lieu naturel est alorsvers le haut. Si un corps est mis en prsence dun autre lmentcontenant, par exemple, plus de pesanteur que lui et moins de lgret

que lui, il aura tendance monter. Cest le cas du bois dans leau.Cette conception de lieu naturel donne penser que les corps ontune tendance retourner toujours vers leur lieu naturel o ils sont aurepos ... absolu.

Peut-on alors considrer quil existe un lieu o lon puisse tre aurepos absolu ?

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Lide de repos absolu ne doit pas tre dissocier de la cosmologiedAristote : savoir que la Terre est immobile au centre de lUnivers.Si ctait le cas on pourrait imaginer quun corps ayant rejoint son lieunaturel se trouve en ce lieu au repos absolu. Mais comme nous leverrons bientt avec Hraclide du Pont, la Terre tourne sur elle-mmeet tourne autour du Soleil. Lide de repos absolu ne peut plus alorstre envisage. Pour Aristote le temps et lespace sont eux aussiabsolus et il faudra un certain Albert Einstein (1905) pour dmontrerle contraire.

De ce raisonnement dcoule une des lois principales de la mcaniquedAristote :

un corps tombe dautant plus vite quil a de pesanteur ; identit deformes, la vitesse est proportionnelle la quantit de pesanteur.

Un corps tombe-t-il plus vites quil est plus lourd ?

Non. Des corps ayant mme volume mais des masses diffrentestombent la mme vitesse.

Cette dmonstration sera effectue par Galilo Galil quelques XVIIIsicles plus tard !

Conclusion : A travers ces diffrents exercices on est amen conclure quAristote a fait beaucoup derreur. Le vide existe, le reposabsolu nexiste pas et la Terre tourne...Afin de rpondre jutiliserais une citation dOscar Wilde :

Exprience : nom dont les hommes baptisent leurs erreurs.

Lexprience ou plus prcisment lexprimentation.Voil ce qui manquait aux physiciens de cette poque, qui avec peu oupas de matriel leur disposition essayaient dexpliquer la nature dumonde.De plus il me semble quil est peut-tre plus difficile de mettre endfaut une thorie, plutt que dessayer de la valider.

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Aristote a ouvert la voix de la physique et sil na pas toujours

donn les bonnes rponses il a pos les bonnes questions ...

F. HERACLIDE DU PONT :(388 - 315 av. J.C.)

Philosophe et astronome grec originaire d'Hracle dans le royaumedu Pont,il fut l'un des plus brillants disciple de Platon qui lui confia mme ladirection

de l'Acadmie pendant l'un de ses derniers voyages.

Ce successeur dAristote eut le premier lide de faire tourner la Terresur elle-mme pour expliquer le mouvement apparent des toiles.Ctait une hypothse entirement nouvelle, comparable enimportance celle de la sphricit de la Terre mais qui futimmdiatement repousse par la science orthodoxe.

Il semble que lon doive galement Hraclide une autre ide, gnialeautant que rvolutionnaire, celle de faire tourner Vnus et Mars autourdu Soleil, et non plus autour de la Terre, pour en expliquer lesvariations dclat.

Ainsi, petit petit, notre globe perd son caractre immuable etprivilgi, au centre de tout. Pour cela, Hraclide peut tre considrcomme lastronome le plus important de cette cole dAthnes.

Vision d'Hraclide :

- La Terre tourne sur elle-mme en un jour- Vnus et Mars tournent autour du Soleil

Vnus Terre

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Soleil

Mars Lune

G. ARISTARQUE DE SAMOS :(310 - 230 av. J.C.)

Astronome grec originaire de Samos comme Pythagore.Il est le premier grand astronome de l'cole d'Alexandrie.C'est aussi le prcurseur de Copernic, de dix-sept sicles en avance surses contemporains quand il affirme que la Terre, loin d'tre fixe, nonseulement tourne sur elle-mme comme l'a propos Hraclide, mais

aussi dcrit une orbite circulaire autour du Soleil, qui devient le centrede tous les mouvements. Cela explique l'alternance des saisons etsimplifie considrablement le systme des sphres d'Eudoxe.Malheureusement, la gniale intuition d'Aristarque ne devait pas avoirun grand retentissement, et c'est une autre thorie, celle des picycles(petit cercle dcrit par un astre dont le centre dcrit un autre cercle),qui devait faire la gloire de l'cole d'Alexandrie pendant de nombreuxsicles.

L'cole d'Alexandrie, plus que celles qui la prcdrent, estremarquable par la qualit de ses observations. Plus astronomes quephilosophes, ses illustres membres sattachrent plutt lexplicationprcise des faits observs, c'est--dire trouver un systme simplepermettant de rendre compte et de prvoir le mouvement des astres,sans se poser le problme de la ralit physique du systme propos.Dans le seul ouvrage qui nous soit parvenu,Des dimensions et des distances du Soleil et de la Lune, il dcrit une

mthode de calcul des distances relatives du Soleil et de la Lune partir de la Terre. En mesurant les dimensions du cne dombre de laTerre lors dune clipse de Lune il pu dmontrer que le diamtre de laLune tait gal au tiers du diamtre terrestre (valeur exacte du rapport: 0,27) et que sa distance la Terre tait de soixante rayons terrestres.

Vision d'Aristarque :

- la Terre tourne sur elle-mme en un jour- la Terre dcrit une orbite circulaire autour du Soleil

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- le Soleil devient le centre de tous les mouvements

Passage du gocentrisme (gos : Terre) l'hliocentrisme (hlios :Soleil) !

Terre

Soleil

Lune

LAlidade

Lalidade est un instrument invent par les grecs pour mesurer lahauteur dun astre.Cest une variante du thodolite que lon retrouve un peu partout dansle monde cette poque. Les grecs le nomment dioptra et les arabes

kamal. Ces instruments dobservations permettent entre autre dedterminer la vitesse de dplacement dun astre dans le ciel.Ainsi, on peut valuer que la Lune se dplace dune distance gale son diamtre en environ une heure.

Cercle de totalit

Une clipse totale de Soleil nest visible au sol qu un instant donn

et qu un endroit donn appel : cercle de totalit.

Cercle de totalit

Lune

Terre

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BB

O

A

A

En saidant des figures et en utilisant le thorme de Thals, on peutcalculer le diamtre AB du cercle de totalit en fonction du diamtrede la Terre.En posant OA DTerre et OA d (= distance Terre-Lune)

Daprs Thals :

OA / OA = OB / OB = AB / AB

En utilisant seulement les extrmes on a :

OA / OA = AB / AB

Do :

AB = AB . OA / OA

Or

OA DTerreAB = DLune (=diamtre de la Lune)OA d (=distance Terre-Lune) = 100 DLune (daprs lexercice n1)

On a donc

AB = DLune / 100DLune . DTerre = DTerre / 100

Soit finalement

AB = DTerre / 100

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Pour pouvoir apprcier la dimension de ce cercle Aristarque devra attendre davoir

connaissance des travaux dEratosthne.

On aboutit au rsultat suivant : lors dune clipse totale, le cercle detotalit possde un diamtre environ gal au centime du diamtre dela Terre soit approximativement 128 m. Lors de lclipse totale deSoleil le 11 Aot 1999 le cercle de totalit mesurait 126 km.Si lon utilise le rayon terrestre soit 6400 km on voit que AB 128km.

Calcul de la distance Terre-Lune - Diamtre de la Lune

En utilisant de nouveau lobservation dune clipse de Soleil, on peuten premire approximation, calculer la distance Terre-Lune.

B

B

O

AA

En observant une clipse de Lune puis de Soleil Aristarque avaitremarqu que :

- les clipses de Lune duraient environ deux heures.- les clipses de Soleil pouvaient ne durer que quelques minutes.- la Lune se dplaait dune distance gale son diamtre en environune heure soit 1 DLune / heure.

Remarque :

Jusqu prsent nous avions considr le mois lunaire, cest dire letemps qui scoule entre deux pleines lunes. Alors quici il faut utiliserle temps que met la Lune pour faire le tour de la Terre soit environ 27jours 1/3 pour dmontrer cette dernire observation.

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Si lon ne sintresse quaux deux dernires observations dAristarquesoit que :- les clipses de Soleil pouvaient ne durer que quelques minutes.- la Lune se dplaait dune distance gale son diamtre en environune heure soit 1 DLune / heure ; et si lon suppose que lclipse totale deSoleil ne dure, dans sa phase de totalit que deux minutes (lclipse deSoleil du 11 Aot 1999 dura 215 ), il est alors possible en nutilisantque ces seules donnes de calculer le diamtre AB du cercle de totaliten fonction du diamtre de la Lune.

On peut donc supposer que pour quune zone la surface de la Terrereste dans lombre pendant deux minutes il faut quelle ait la mmedimension que la distance que parcourt la Lune pendant le mmetemps.En une minute la Lune sest dplace dune distance gale DLune / 60,en deux minutes dune distance gale 2 . DLune / 60 , cest dire DLune/ 30On en dduit que :

AB = DLune / 30

En utilisant la figure et le thorme de Thals on peut galementexprimer la distance Terre-Lune en fonction du diamtre de la Terre.Un calcul simple fournit :

d = 30 . DTerre = 60 . RTerre

Soit que la distance Terre-Lune est environ gale 60 fois le rayon dela Terre.

En utilisant la figure et le thorme de Thals exprimer la distance Terre-Lune en

fonction du diamtre de la Terre.

Daprs Thals :

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OA / OA = OB / OB = AB / AB

En utilisant seulement les extrmes on a :

OA / OA = AB / AB

Or

OA = DTerreOA = d (=distance Terre-Lune)

AB = DLune / 30 (daprs 2) )

AB = DLune

Do :DTerre / d = (Dlune/30) / DLune

DTerre / d = 1 / 30

Soit finalement :

d = 30 . DTerre = 60 . RTerre

Ici encore Aristarque devra attendre les rsultats dEratosthne pourachever son calcul.

On peut maintenant exprimer le rapport entre le diamtre de la Lune etcelui de la Terre.

AB = DTerre / 100

AB = DLune / 30

=> DLune / 30 = DTerre / 100 => DLune = 3.DTerre / 10

Do :

DLune = 0,3 . DTerre ( valeur exacte 0,27 . DTerre )

Aristarque obtint que la valeur du diamtre de la Lune est environgale au tiers du diamtre de la Terre. La valeur exacte est en ralit

de 0,27.

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H. PHILON DE BYZANCE (230 av. J.C.)Ingnieur originaire de Byzance, aujourd'hui Istanbul en Turquie,considr comme le fondateur de la thermomtrie.Vers 250 avant notre re, il inventa un appareil permettant de mettreen vidence la diffrence qualitative entre le chaud et le froid : lethermoscope.Philon dcrit cet appareil dans un ouvrage intitul

(Pneumatiques ) :

" Que l'on fasse un ballon de plomb, vide l'intrieur et d'une capacitmdiocre ; qu'il ne soit pas trop mince pour ne pas se romprefacilement, ni pesant, mais qu'il soit bien sec pour que ce que nousdsirons se produise mieux. Qu'on y adapte un canal recourbdescendant presque jusqu'au fond ; qu'on place l'autre extrmit de cetube dans un autre vase plein d'eau, en le faisant descendre presque

jusqu'au fond, comme dans le premier, afin que l'eau puisse facilements'couler. Je dis donc que si vous exposez le ballon au Soleil, quand leballon sera chauff, une partie de l'air enferm dans le canal sortira l'extrieur, et cela sera visible parce que l'air tombe du canal dansl'eau, l'agite et produit de nombreuses bulles l'une aprs l'autre.Si maintenant, on replace le ballon l'ombre ou dans un lieuquelconque l'abri des rayons du Soleil, l'eau montera par le tubejusqu' ce qu'elle descende dans le ballon.

Si ensuite vous le posez de nouveau au Soleil, l'eau retournera dans cevase et ainsi de suite, aussi souvent que vous voudrez renouvelerl'exprience.Les mmes faits se reproduiront si vous chauffez le ballon avec dufeu, ou si, aprs l'avoir tremp dans l'eau chaude, vous le refroidissez."

En construisant "une fontaine dont l'eau tombe goutte goutte auSoleil" il dmontra que le niveau de l'eau s'levait sous l'effet de la

chaleur et que l'air est un corps comme un autre, c'est diresusceptible de contraction et de dilatation.

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Quoique assez rudimentaire, son thermoscope est le premier appareilqui ft jamais conu pour mettre en vidence la chaleur des corps etles variations de tempratures.D'autre part, en matrisant les techniques de son poque, vasescommunicants, siphons, rcipients niveaux constants, Philon inventades dispositifs complexes tels que orgues hydrauliques, automates ouencore son lavabo automatique comportant un robinet en forme de becdoiseau avec une main artificielle prsentant une pierre ponce :la main seffaait une fois la pierre prise, leau coulait pourlhumecter, le dbit augmentait ; puis leau cessait de couler, la mainrapparaissait, offrant une nouvelle pierre.

Avec son thermoscope et ses automates, Philon ouvrit une nouvellevoie la Physique.Une voie qui devra attendre quelques XX sicles avant de connatreun dveloppement et un essor formidable : la Thermodynamique.

Le thermoscope de Philon

Le thermoscope est un appareil qui permet dindiquer des variations

ou des diffrences de temprature sans la mesurer.

bouchon paille

gobeletcanette

Tour de magie : Comment sortir sec de leau ?

Il sagit dun tour de magie issu directement dune exprienceexplique et dcrite pour la premire fois par Philon de Byzance.

pice

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assiette

Manipulation :

- Placer la pice au centre de lassiette- Versez de leau dessus jusqu ce quelle recouvre la pice- Proposez un de vos amis de rcuprer la pice sans se mouiller les doigts

Observations :

Comment faire ?

allumettes

pice

Cette tche qui parat impossible raliser, est pourtant trs simple remplir avec un verre et un morceau de papier brlant. Allumez votre

papier, mettez-le dans le verre pendant quil brle encore et placez vitele verre renvers dans lassiette, prs de la pice de monnaie.Le papier steindra, le verre se remplira dune fume blanche et touteleau de lassiette sera bientt rassembler lintrieur. Comme lamonnaie reste en place, il ny a plus qu attendre un moment pourquelle sche et la saisir sans se mouiller les doigts.

Quelle est la force qui a pouss leau lintrieur du verre et la retient

une certaine hauteur ?A lintrieur du verre lair sest dilat parce quil a t rchauff par lepapier brlant.Quand le papier sest teint lair sest contract en se refroidissant etleau a t aspir lintrieur.On peut souvent entendre et mme lire une explication errone decette exprience.Certains disent que cest loxygne qui brle , et cest pourquoi la

quantit de gaz sous le verre diminue. Or, cest une erreur grossire.

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La cause essentielle est le seul chauffementde lair, et non paslabsorption par le papier brlant dune certaine quantit doxygne.Il en est ainsi dabord parce quon peut se passer du papier brlant enrinant le verre leau bouillante. Puis si on remplace le papier par unbout de coton imbib dalcool, qui brle plus longtemps et rchauffemieux lair, leau montera jusquau milieu du verre ou presque ;cependant on sait aujourdhui que loxygne ne constitue quuncinquime du volume de lair.Il faut enfin tenir compte du fait quil se produit du gaz carbonique etdes vapeurs deau qui remplacent loxygne brl ; le premier, ilest vrai, se dissout dans leau, mais la vapeur demeure en occupantune partie de la place qui revenait loxygne.

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I. HERON D ' ALEXANDRIE (125 av. J.C.)

Ingnieur, physicien et mathmaticien grec, originaire d'Alexandrieconsidr comme le plus grand exprimentateur de l'antiquit etcomme le fondateur de la mcanique.En mathmatique, il inventa une mthode permettant d'approcher laracine carre d'un nombre (mthode qui sera reprise quelques sicles

plus tard par un certain Newton).Dans ses ouvrages intituls Mtriques, il donna des mthodes demesure des angles, des aires et des volumes.

En physique il crivit de nombreux ouvrages, notamment en optique :Dioptra, dans lequel il tudia les phnomnes de rflexion de lalumire, tant sur les miroirs convexes ou concaves que sur les miroirsplans.

Dans sesPneumatiques, il soppose au cosmos dAristote et saconception de la forme.Pour lui, lespace nest pas limit par la forme des objets et le videabsolu n'existe pas.Sinon comment le feu qui chauffe pntrerait-il la pierre, commentleau et le vin pourraient-ils se mlanger ? Nest-ce pas la preuve delexistence dans les corps dune quantit infinie de petits vides ?D'autre part, il donna l'explication exacte des ventouses et des

rcipients coulement constants, inventa le siphon et fabriquaplusieurs appareils permettant de vrifier ses thories. L'un des plusclbre et des plus amusant est la fontaine qui porte son nom :la fontaine de Hron est un petit appareil avec lequel on obtient un jetd'eau par compression de l'air et de l'eau.Hron s'intressa galement aux effets de la chaleur et conu unappareil permettant de mettre en vidence les variations detemprature.

Son thermoscope est bas sur le mme principe de

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fonctionnement que celui de Philon de Byzance.Il s'agit d'une bote paralllpipdique pleine deau,munie dune ouverture la faisant communiquer avecl'atmosphre, surmonte par un ballon partiellementrempli d'eau ; un tube vertical plongeant dans la botedbouche au-dessus du niveau de leau.Une branche dun autre tube, en forme dU renvers,traverse le ballon par un joint tanche et descend jusqula partie infrieure de celui-ci ; lautre branche de ce tubesurmonte un entonnoir plac sur louverture de la bote.Quand lappareil est expos au soleil, lair contenu la partiesuprieure du ballon refoule dans le tube en U de leau qui alimente

lentonnoir et tombe dans la bote. Lorsque lensemble est plac lombre, leau de la bote remonte dans le ballon sous leffet de lapression atmosphrique.

Lappareil de Hron diffre essentiellement de celui de Philon par laconstance de la quantit dair emprisonn dans le ballon, mais cetteparticularit chappa son inventeur. Interprtant sa manire lefonctionnement de lappareil, Hron attribuait en effet la diminutiondu volume de lair refroidi aux fuites qui se seraient produites travers les pores de la paroi du ballon. Cependant cet appareil luipermit de montrer que l'air est un corps de haute lasticit susceptiblede pression et de dpression.

Ingnieur, Hron utilisa galement les proprits d'lasticit de l'airpour fabriquer des automates. Malheureusement ses machines trsperfectionnes ne furent pas utilises des fins techniques, c'est direpour "aider les hommes vaincre la nature dans leur propre intrt"selon la formule d'Aristote, mais des fins de mystifications.En effet les ingnieurs qui appliqurent les inventions de Hron sebornrent quiper les temples de dispositifs permettant de fairecroire aux miracles.

Paralllement une des inventions les plus tonnante de Hron estcertainement l'olipyle qui, pour la premire fois, mettait en jeu laforce expansive de la vapeur d'eau et le principe de la raction.Il s'agissait d'un uf de faence plac entre

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deux pivots latraux et pourvu de deux tuyres coudes.On mettait chauffer de l'eau dans cet uf et la vapeur,en s'chappant par les tuyres, le faisait tourner sur ses pivots.Cet appareil, anctre de la machine vapeur, qui ne seraredcouverte que XVIII sicles plus tard par le franaisDenis Papin, posa un problme sociologique intressant.Pourquoi une dcouverte aussi importante que celle del'utilisation de la vapeur permettant d'actionner unemachine n'a-t-elle pas t dvelopp davantage ?La rponse est la fois simple et affligeante :la main d'uvre l'poque, c'est dire les esclaves, tait trs bonmarch et la fabrication de cette "machine vapeur" aurait reprsent

un cot suprieur.Cette invention extraordinaire ne sera construite que pour la classedirigeante et deviendra ce que l'on appellera plus tard un jouet desalon.LesPneumatiques de Hron, dont le texte grec, conserv dansquelques bibliothques, nintressera personne pendant prs de quinzesicles et ne trouvera des lecteurs en Italie qu' la fin du XVIme sicle,aprs la publication dune traduction latine Urbino.

En Mcanique il rsout par des engrenages le problme d'Archimdeconsistant soulever 1000 kg l'aide de 5 kg.Il construisit le paralllogramme des vitesses, inventa le principe dufuniculaire, tudia les mystres du plan inclin et ceux de la friction.Surtout XVII sicles avant un certain Galile, il nona la loi del'inertie et trouva que la force est proportionnelle la masse du mobile

et la vitesse dont il est anim (F = m a). On lui doit aussi des tablesde mesures utilisables dans le montage des votes, le forage destunnels et des puits.

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La fontaine de Hron

Ce dispositif utilise le principe du siphon galement invent par Hronpour faire jaillir une fontaine sous le seul effet de la pressionatmosphrique.

ChimiePhysique

BiologieMathmatiques

Observations :

Que se passe-t-il ?Quand leau se vide du premier pot dans le troisime, la pression delair diminue dans le premier, ce qui aspire leau du deuxime potfaisant ainsi jaillir une fontaine dans le premier.

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gh r H

i

Rflexion sur la rflexion

Quelle doit tre la taille dun miroir pour que lon puisse sy voir deplein pieds ?Ne suffit-il pas simplement de reculer pour se voir en entier dans unmiroir ?

Objet Miroir Image

d

Soit H la taille de lenfant.

Soit h la hauteur de ses yeux au dessus du sol.Soit g la taille du miroir (glace).Soit d la distance sparant lenfant du miroir.

Lgalit entre langle dincidence i et langle de rflexion r implique :

Il faut jouter les distances en partant du haut

( H h ) / 2 + g + h / 2 = H

Dog = H / 2

Ceci montre que le miroir doit avoir au moins la moiti de la taille de lenfant, et ceindpendamment de la distance d.

Il faut donc placer son bord suprieur mi-hauteur entre la hauteur de lenfant et lahauteur de ses yeux .

Limage derrire le miroir aura toujours la hauteur de lenfant quel que soit la distance

laquelle il se place.Pour se convaincre de ce problme, il suffit dessayer de se voir de plein pieds avec un

miroir de visage. Quel que soit la distance la distance laquelle vous placerez ce miroirvous ne verrez quune partie de votre corps.

La seule solution possible, qui est dailleurs utilise par certain magasin de vtement est

le miroir lgrement concave qui affine la silhouette et permet de se voir en entier.

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Solution :

BM

O' H O

N

K A

On utilise les triangles semblables.

(ABO') et (MNO')

2

1

O'O

H'O

AB

MN== puisque i = r => OO' = 2 O'H

2

ABMN =

La taille du miroir doit tre au moins gale la moiti de la taille du personnage pour

que celui-ci puisse se voir de plein pieds.

Il est important de remarquer que ce rsultat est indpendant de la distance qui sparele personnage du miroir.

(AOO') et (NKA)

2

1

O'O

KA

OA

NK== puisque i = r => KA = OH et OO' = 2 KA

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2

OANK=

On doit placer le miroir de sorte que le bord infrieur de celui-ci se trouve mi-hauteurde la distance entre les pieds et les yeux de l'observateur.

LES GRANDES DECOUVERTES

ET LES GRANDS PHYSICIENS

Les ModernesSavez-vous tout ce que lon peut faire avec un pendule ?

La transition entre lAntiquit et la Renaissance passe par une prioderiche en Philosophes et hommes de sciences que lon a pendant troplongtemps nglige en la qualifiant peut-tre injustementdobscurantisme. Si de grandes dcouvertes nont pas marqu cettepriode que lon nomme Moyen Age, la science et ceux qui lontservie, Nicolas de Cues, Simon Stevin, Thomas dAquin, Lonard deVinci ont certainement contribu faire clore la science de la

Renaissance. Il faudrait plus dune confrence pour tudier toute laporte de cette priode, cest la raison pour laquelle jai prfr glisser sur quinze sicle dhistoire avec nanmoins le secret espoirden parler un jour Le premier personnage que nous allons rencontrer est probablement leplus emblmatique de tous. Tout le monde connat ou croit connatreGalile auquel on associe gnralement deux images :La premire est celle de la rotation de la Terre dont il a t question

lors dune prcdente confrencePour en finir avec la lgende de laTerre qui tourne La seconde image est celle dun savant genoux, odieusementcontraint de renier publiquement ses travaux.Le triomphe provisoire de lobscurantisme sur les lumires de laraison. De ces deux images, je voudrais avant de revenir un peu sur lapremire bannir dembler la seconde. Galile fut certes, victime maismoins quon le dit. Si Galile fut contraint dabjurer publiquement ses

thories, il connut un sort meilleur que lun de ses compatriotes.

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En effet, cest oublier un peu vite le destin tragique de GiordanoBruno mort sur le bcher le 17 fvrier 1600 pour avoir soutenu lesthses de Nicolas Copernic et affirm quil croyait en une intelligencesuprieure qui gouvernait lUnivers. Cest oublier aussi tous ceux quilont prcd et qui comme lui accus dimpit pour avoir oser parlerdes choses du ciel ont t condamn mort ; boire la cigu,comme Socrate Lhistoire de ce procs fait cran et ce nest pas ce Galile l que jesouhaite aujourdhui vous prsenter.

Galile :Isochronisme du pendule**

Relativit (quand voyage-t-on plus vite ?)Cyrano de Bergerac (Comment voyager peu de frais ?)ThermoscopeFonte de la glacePices en chute libre (une en carton lautre en mtal)Les mauvais effets de la rsonance : le pont de Tacoma

A. Galilo Galili (1564-1642)Mathmaticien, physicien et astronome italien l'origine de larvolution scientifique du XVIIme sicle et l'un des fondateurs de laphysique moderne.Ses thories ainsi que celles de l'astronome allemand Johannes Keplerservirent de fondement aux travaux du physicien britannique sir IsaacNewton sur la loi de l'attraction universelle.

Sa principale contribution l'astronomie fut l'utilisation de la lunette,la dcouverte des taches solaires, des montagnes et des valleslunaires, des quatre plus grands satellites de Jupiter et des phases deVnus. En physique, il dcouvrit la loi de lisochronisme du pendule,celle de la chute des corps et les mouvements paraboliques desprojectiles. Dans l'histoire de la culture, Galile est le symbole de labataille livre contre les autorits pour la libert de la recherche.

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Galileo Galilei est n Pise le 15 fvrier 1564, dans une famillemodeste issue dune ancienne noblesse florentine dont les ressourcesavaient subi de srieux revers. Ses parents lui lgurent unevigoureuse constitution, que souligne laspect carr de son corpstel que lont saisi ses portraitistes et ses proches biographes.Il fit ses premires tudes auprs de son pre, qui tait un musicologueaverti, et manifesta de bonne heure, outre son got pour la musique etle dessin, une habilet manuelle remarquable dans la constructiondinstruments. Sa famille stant tablie Florence en 1574, il fit sesclasses au monastre de Santa Maria de Vallombrosa o il faillit restercomme novice. Son pre le reprit en 1579, cause des soins quencessitait une grave ophtalmie, et le dirigea vers la profession

mdicale. Entr avec cette intention luniversit de Pise en 1581, ilsupporta fort mal lenseignement mdiocre, base de discussionslivresques, qui y tait propos et se tourna rsolument vers lesmathmatiques, sous linfluence dun matre sans grand savoir, maisbon pdagogue, professeur lAcadmie du dessin : Ostilio Ricci.Les voies quil avait suivies navaient rien de rgulier.Il quitta Pise en 1585 sans aucun diplme, mais riche dune culturerpondant lidal humaniste.

Il stait nourri des dialogues de Platon et avait mdit surlisochronisme des oscillations du pendule.Selon son premier biographe, Vincenzo Viviani, Galile formule en1583 la loi disochronisme du pendule, aprs avoir observ lebalancement dun lustre dans la cathdrale de Pise : la dure duneoscillation ne dpend que de la longueur du pendule et non pas delamplitude du mouvement.Cette anecdote apparemment futile, maintes fois cites et dont la

version fluctue en fonction des divers auteurs est dune porteincroyable. Le pendule. Durant toute sa vie Galile chercha en vain dmontrer la rotation de la Terre en pointant une lunette vers le Ciel etcest seulement deux sicles plus tard quun physicien en utilisant sonpendule y parvint

Exprience du pendule :

Le pendule / le pouls / langle / la formule

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Photo du lustre du baptistre de Pise

gl

T 2=

A propos des expriences de Galile , une remarque simpose.De nombreux auteurs rapportent de multiples versions des diffrentesexpriences quaurait ralis Galile, nanmoins lesEtudesgalilennes dAlexandre Koyr, tendent dmystifier cette lgende et resituer plutt au rang de la parabole ces anecdotes dont Galile lui-mme fait part dans ses ouvrages. Les expriences galilennescorrespondent ce quappellera plus tard Albert Einstein des gedankenexperiment : expriences de la pense.Cependant, si elles nont peut-tre pas t ralis par Galile, cesexpriences permettent de mettre en vidence des rsultats thoriques.

Florence, o il tait revenu, Galile poursuivit des recherches sur lecentre de gravit de certains solides, ainsi que sur la balancehydrostatique dArchimde, et se fit connatre par des exerciceslittraires et des confrences publiques, notamment sur Dante, le Tasseet lArioste. La posie burlesque quil crivit contre le port de la togervle ds cette poque le caractre militant de son aversion pour lesstructures conservatrices qui nuisent lindpendance de lesprit.Cest labsence de structures universitaires prcises danslenseignement des mathmatiques quil du de pouvoir poser sacandidature de professeur dans diverses universits et dobtenir endfinitive une chaire Pise, en 1589, sur la recommandation dumathmaticien et mcanicien Guidobaldo del Monte.Son dernier sjour dans sa ville natale ne dura que trois ans, car lesconflits avec le milieu ferm de lUniversit ne tardrent pas lobliger partir ; cest alors quil commena faire uvre originale,rdigeant un premier trait de mcanique o, malgr la permanence deconceptions traditionnelles, sont introduites des ides nouvelles etfondamentales pour la science future. Notamment labsence dencessit dimaginer un repos intermdiaire entre deux mouvementsdun mme mobile qui se succdent dans des sens contraires oudiffrents. La lgende a beaucoup brod (Etudes Galilennes : A.

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Koyr) par la suite et les donnes sres concernant ces premierstravaux scientifiques Pise sont insuffisantes.Si Galile na pas fait du haut de la clbre tour penche lesexpriences quon lui a prtes, il est certain quil sest intressspcialement, cette poque, au problme de la chute des corps etquil a cherch lui appliquer la mthode exprimentale.Expriences de la tour de Pise :

Pices de monnaie et feuille de papierPhoto de la tour de Pise m V2 = m g H (Ec = Ep)

gHV 2= formule dEvangelista Torricelli

Les cas des boulets de Galile

Aristote dit qu'une boule de fer de cent livres, tombant de cent coudes,touche terre avant qu'une boule d'une livre ait parcouru une seulecoude , et je vous dis, moi, qu'elles arrivent en mme temps; vousconstatez, en faisant lexprience, que la plus grande prcde la plus

petite de deux doigts, c'est--dire que quand celle-l frappe le sol, celle-cis'en trouve encore deux doigts ; or, derrire ces deux doigts vous

voudriez cacher les quatre-vingt-dix-neuf coudes dAristote, et, parlantseulement de ma petite erreur, passer sous silence l'normit de l'autre.

Galile :Discours et dmonstrations mathmatiques concernant deuxsciences nouvelles

Reprenons lexprience de Galile.Au pralable, rappelons quune livre vaut 339.542 g et quune coudevaut 57.3 cm.Considrons deux boules de fer (Fer 7897 kg.m3).La premire ayant une masse dune livre un rayon denviron 2 cm, laseconde ayant une masse de cent livres un rayon denviron 10 cm.

Boule B BRayon r = 0.02173 m r = 0.10087mMasse m = 1 livre

= 0.339542 kgm = 100 livres

= 33.9542 kg

Le rapport des masses m / m est de lordre de 100, celui des rayons de

lordre de 5, ce qui place lexprience dans le cadre de celle quauraiteffectu Galile.

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Par le calcul et par une reprsentation numrique,on constate en effet que la vitesse de la boule de rayon r = 0,02 m (enrouge) est lgrement infrieure celle de la boule de rayon r = 0,1 m (en

bleu). Ce qui confirme lhypothse aristotlicienne selon laquelle un corps

lourd tombe plus vite quun corps lger.Lasymptote horizontale (en vert) reprsente le sol.On constate que la diffrence entre ces deux vitesses est extrmementfaible et ne devient apparente qu partir du temps t = 2 s qui correspondau dernier tiers de la chute, cest dire le moment o il devient de plus en

plus difficile de distinguer les distances entre les boules.

Dure de la chute de chaque boule :

La premire boule de cent livres chute pendant un temps gal t1 = 3.42601 s, la seconde boule dune livre chute pendant un temps gal t2 = 3.45569 sOn constate naturellement une dure lgrement plus grande pour la boule

plus lgre puisquelle tombe moins vite.Nanmoins, la diffrence entre ces temps de chute : 0.0296759 s paratinaccessible la mesure pour un homme du XVIIme sicle qui valuait letemps en prenant son pouls !

La cl du problme nest pas l et cest un autre argument dont il nousfaut user pour comprendre. Cet argument est entirement contenu danslextrait desDiscours.

O se trouve la boule la plus lgre lorsque la plus lourde atteint le sol ?

Galile affirme que celle-ci s'en trouve encore deux doigts.

Le calcul nous donne la position de la boule lgre au temps t1 = 3.42601

s, cest--dire, linstant o la boule la plus lourde a atteint le sol.En remplaant t1 dans lquation (8) on obtient : 56.3408 m.Au bout de 3.42 secondes environ, c'est--dire, du temps ncessaire la

boule la plus lourde pour atteindre le sol, la boule la plus lgre se trouveencore plus de 1 mtre du sol (0.9592 m). Et non pas deux doigtscomme Galile lavait prdit.

Le cas des boules dAllgre

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Ce cas dcole, si jose dire devient trs intressant. Il ajoute au problmeun paramtre de plus : la texture des boules. Nimporte quel bon joueur detennis vous fera immdiatement remarquer que les effets imprimer une

balle sont dautant plus importants que son revtement est en bon tat.

Le grand chroniqueur et ancien capitaine de lquipe de France de tennisJean-Paul Loth expliquait cela durant un match de finale de RolandGarros. Intuitivement le feutre recouvrant une balle de tennis devraitfreiner celle-ci durant sa chute, nanmoins, en suivant le mmeraisonnement que prcdemment on va pouvoir montrer que si lesarguments opposs Monsieur Allgre sont assez moyengeux, lamtaphore de la boule de ptanque et de la balle de tennis relve de lamauvaise vulgarisation.

Considrons une boule de ptanque de masse 700 grammes et dundiamtre de 7.5 centimtres et une balle de tennis ayant peu prs lemme diamtre que la boule de ptanque, mais une masse gale 58grammes. Laissons tomber ces objets du sommet de la tour de Pise, hautede 51 mtres.La simple comparaison des vitesses de chute montre dj un cartimportant.

On constate que vitesse de la boule de ptanque (en bleu) est suprieure celle de la balle de tennis et ce ds la premire seconde de chute.

La comparaison des positions des deux objets met galement en videnceun cart important.

Mais le coup de grce est donn cette mtaphore par largument de laposition de la balle de tennis une fois que la boule de ptanque a touch lesol. Lorsque la boule de ptanque touche le sol, la balle de tennis setrouve encore un peu plus de 10 mtres du sol.De plus, ce calcul doit tre en dessous de la ralit, car, on a suppos que

le coefficient de pntration dans lair dune boule de ptanque lisse etdune balle de tennis habituellement rugueuse taient les mmes.Ce qui est certainement faux.En fait, il semble assez raisonnable de considrer que la balle de tennisaurait au moins dix mtres de retard sur la boule de ptanque maiscertainement plus.

Conclusion

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Galile ne sest pas tromp. Il a simplement voulu montrer que si lamasse influe sur la chute des graves son influence nest pas aussiimportante que laffirmait Aristote. De plus, dans ce problme certainevariables ont un effet trs important : la masse, comme on vient de le voir

mais aussi et surtout, comme on sen doutait, le rayon et par l mme levolume, cest--dire la forme de lobjet qui tombe. En effet, si le rapportdes rayons est dans un rapport de deux, lcart temporal et surtout spatialentre les deux boules est imperceptible. Si ce rapport devient lev, cest--dire, si lune des deux boules est trs grande par rapport lautre, alorslinfluence des frottements produit une diffrence sensible en espace et entemps.

Si on prend des boules dont le rapport des rayons est de 2 et celuides masses est de 8, le retard spatial de la plus lgre sur la plus

lourde est infrieur 1 mtre. Retard difficile apprcier

La ncessit de subvenir aux besoins des siens, aprs la mort de sonpre en 1591, ajouta aux difficults du jeune matre contest et malpay. Cest avec joie quil obtint du Snat de Venise, en 1592, sanomination de professeur de mathmatiques luniversit de Padoue.

Cest cette poque que Benedetto Castelli lui attribue linvention ducompas et du thermoscope :

Photo du thermoscope et du compas

Imagin pour la premire fois par Galile en 1593, le thermomtre estun objet trs simple qui se base uniquement sur une proprit de lamatire, sa modification de volume en fonction de la temprature, quel'on appelle dilatation. Le thermomtre a spirale de verre reprsentsur la photo prcdente est proche des systmes qui furent mis aupoint par Galile et ses tudiants au dbut du XVIIme sicle.Ce thermomtre contient de l'alcool et le long tube de verre est graduafin de pouvoir comparer des tempratures. En fonction de latemprature, l'alcool se contracte (et donc le niveau baisse) o sedilate (le niveau augmente). Il fut notamment utilis lors d'expriencesde l'Acadmie du Ciment, fonde en 1650 par Viviani un des disciplesde Galile.

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Les thermomtres alcool actuels (niveau de couleur bleu ou rouge)fonctionnent exactement selon ce mme principe. La seul diffrenceest que l'on sait actuellement fabriquer des tubes trs fins ce qui n'taitpas le cas du temps de l'Acadmie du Ciment, ce qui permet d'viterde s'encombrer de gros rservoirs et de long tubes comme c'tait le cassur le thermomtre reprsent sur la photographie.Il faudra attendre plusieurs annes avant que ne soient dveloppes leschelles de tempratures connues actuellement et mises au point parCelsius vers 1730 (chelle centigrade), Thomson au XIXme sicle(chelle absolue) ou Farenheit.

Appareil apporter

Fonte de la glace

Cest peu aprs que Galile va commencer sintresser lastronomie.Il na pas invent la lunette ( ne pas confondre avec le tlescope quisera invent plus tard par Isaac Newton), mais il a considrablementamlior cet instrument par voie empirique, et croyant, malgrlabsence de thorie de lappareil, la ralit de ce que lon voit

travers, il na pas hsit le tourner vers les cieux.Ce quil a vu demeure encore aujourdhui un modle dobservationcritique et mritait de bouleverser les conceptions de son temps.Il a fait confiance aux suggestions de lobservation pour conjuguerlanalyse et les contrles exprimentaux rudimentaires.

Inform, en juin 1609, par le Franais Jacques Baudoure, desproprits dun instrument doptique rcemment apparu aux Pays-Bas,

Galile sappliqua aussitt le construire partir des donnessommaires qui lui taient communiques : association de deuxlentilles, lune convergente, lautre divergente.

Venise Murano

Photo des lunettes de Galile

Il ne tarda pas obtenir un rsultat suprieur celui des artisans

hollandais, avec un grossissement linaire de 30.

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Ds le 21 aot, il fit de sa longue-vue une prsentation spectaculaire quelques patriciens de Venise, bien quil ignort le fonctionnementexact de linstrument et les aberrations diverses qui laffectent aveclaugmentation du grossissement. lautomne, tandis que Kepler venait de publier les deux premiresde ses clbres lois cinmatiques du mouvement des plantes, (Ainsi,d'aprs la premire loi de Kepler, les plantes gravitent autour duSoleil en suivant des trajectoires elliptiques, ce dernier occupant l'undes deux foyers de l'ellipse.

D'aprs la seconde loi de Kepler, les aires dcrites par le rayon vecteurjoignant la plante au Soleil sont gales pour des intervalles de temps

gaux. Exprience numrique LOIS DE KEPLER) il entrepritdutiliser lappareil pour explorer le ciel.Cest avec une rapidit surprenante quil runit en quelques mois lamatire dun petit ouvrage appel un immense retentissement.

Publi le 12 mars 1610, le Sidereus Nuncius (Le Messager cleste)apporte, en une centaine de pages, de quoi rvolutionner lastronomiecommune.

Pour situer cette affirmation et dgager de la structure du livre la leonquelle comporte par rapport lauteur, quelques dtails simposent.Aprs la prsentation de la lunette, promue au rang dinstrumentastronomique, de longs dveloppements sont accords au rsultat delobservation de la Lune, et le lecteur moderne peut stonner nonseulement de cette longueur, mais aussi de la prudence qui prside auxconclusions proposes. Celles-ci concernent essentiellement, parlinterprtation des variations des ombres, lexistence dun relief

important la surface de la Lune (relief qui apparente lastre laTerre) et, par les variations de luminosit de la face obscure de la Lune(

La Lune cache une partie importante de sa surface aux observateursterrestres. Ceci est du au fait que le mouvement de rotation qui l'animes'effectue dans le mme sens, et le mme temps que son mouvement dervolution autour de la Terre (cette synchronisation des priodes derotation et de rvolution n'est pas le fruit du hasard, mais rsulte en faitde l'action des forces de mares depuis la naissance du systme Terre-Lune). Ces deux mouvements se combinent avec un lger balancement

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priodique des ples lunaires (phnomne dit de libration ), de sortesqu'un peu plus de 40% de la surface totale de la Lune est invisible depuisla Terre.Il a fallu attendre les annes soixante pour que la partie manquante soitenfin connue, grce notamment aux sondes sovitiques Luna et

amricaines Lunar Orbiter. Les clichs transmis ont rvl des paysagestrs tourments, o les mers sont pratiquement inexistantes. Seule la merde Moscou est de taille respectable, avec un diamtre de 420 kilomtres.Les cratres sont extrmement abondants et de toutes dimensions : dequelques mtres plusieurs centaines de kilomtres. Les plus imposantsd'entre eux sont HERTZSPRUNG (590 km de diamtre), APOLLO (540 km),KOROLEV (440 km) et MENDELEEV (310 km).

Neuf personnalits encore en vie en 1997 ont donn leur nom des cratres situs sur cetteface cache. Il s'agit d'astronautes amricains (Anders, Borman et Lovell) et de cosmonautessovitiques (Feoktiskov, Leonov, Nikolaev, Shatalov, Tereshkova et Titov).

lexistence dune rflexion par la Terre de la lumire solaire.Si Galile se borne assurer ainsi, avec beaucoup de soin et deprcautions, les ressemblances entre la Terre et la Lune et les relationsrciproques des changes lumineux qui les rapprochent lune delautre dans une mme situation densemble, lointaine, par rapport auSoleil, cest que la pice matresse des conceptions reues, savoirlassociation paradoxale pour la Terre du privilge dtre le centre du

Monde et de la proprit dtre le royaume de la corruption et de lamort, constituait, sur la voie dune solution raisonnable, un obstaclemajeur.Laffirmation de lhomognit des astres, y compris la Terre, avait eusa part dans la condamnation au bcher de Giordano Bruno, en 1600.De la Lune, le Sidereus Nuncius passe ce que la lunette a rvl leplus immdiatement, savoir que la Voie lacte et les nbuleuses sontdes amas dtoiles et que, dune manire gnrale, le peuplement des

cieux dcourage le dnombrement que lhritage antique avait crufixer. Quant aux observations compares des grandeurs apparentes,elles imposent pour les espaces clestes une profondeur vertigineuse.Mais il y a mieux encore.Louvrage se termine sur le rapport dune dcouverte sensationnelle.Le 7 janvier 1610, une heure aprs minuit, Galile a vu prs de Jupitertrois toiles nouvelles, et, aprs deux mois dobservations prcises, ilpeut livrer une dmonstration incontestable : dans son mouvement

travers les cieux, la grande plante entrane avec elle quatre satellitesqui ne cessent de tourner autour delle. Ds lors, la difficult que la

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Lune prsentait ceux qui, en suivant Copernic, avaient transfr auSoleil le privilge exclusif dtre centre de mouvement, est rsolue.Que la Lune tourne autour de la Terre nempche pas quelle soitentrane par elle dans sa translation annuelle et lexemple de Jupiterrvle que, sans prjudice pour le rle du Soleil dans le systmeplantaire, chaque plante peut tre elle-mme centre de mouvementrelatif.Tel est le Message auquel Pascal, cinquante ans plus tard, apporteradans ses Penses la puissance de sa plume incomparable, en joignantseulement lmerveillement leffroi du silence ternel des espacesinfinis , cest--dire en ajoutant la note que le recul du temps apermise une sensibilit mystique et philosophique particulire.

Galile, quels que soient ses sentiments intimes au cours de cet hivermmorable, ne prend pas le loisir de mditer ; il se hte de publier,sans polir ni arranger, ce qui devient ainsi un document positifimprissable.Et cette hte mme, comme sa rapidit mettre en uvre linstrumentnouveau, rvle combien Galile tait lhomme dun moment dcisif.

Que Galile ait parfaitement compris limportance considrable de sa

dcouverte des satellites de Jupiter, rien ne le montre davantage que lenom d astres mdicens quil leur impose juste temps pourfigurer sur le frontispice du Sidereus Nuncius.Lauteur et sa dcouverte avaient certainement besoin de protecteurs,mais, en choisissant de flatter le nouveau grand-duc de Toscane,Cosme II de Mdicis, Galile caressait de vastes desseins.Il avait la nostalgie de sa province natale et, comme il le dit lui-mmedans la lettre quil adressa au prince de Florence, ses cartons taient

pleins de merveilleux plans et projets .Des projets techniques, des projets de publication sur le systme dumonde et sur une science entirement nouvelle du mouvement.Malgr les efforts faits Venise pour le retenir, malgr les avis dequelques amis soucieux de sa libert intellectuelle, Galile suivit lavoie ouverte par sa propre diplomatie et sinstalla Florence, enseptembre 1610, avec le titre de premier mathmaticien et philosophedu grand-duc.

Son activit ne fut dabord entrave que par la maladie qui le clouapriodiquement au lit durant plusieurs annes, et il poursuivit les

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recherches qui lavaient amen, Padoue, au printemps de 1610, observer les taches du Soleil. Il dcouvrit en dcembre les phases de laplante Vnus, et au printemps de 1611 reut Rome laccueil flatteurde lAccademia dei Lincei et du Collge romain, la puissanteinstitution jsuite. Mais le Discours sur les corps flottants quil publiaen 1612 aprs dpres discussions avec les professeurs aristotliciensde Pise manifesta ltendue des difficults dans lesquelles il taitengag en fait par rapport la science traditionnelle. Ce fut le conflit.En vain Galile russit-il faire nommer Pise, dans la chaire demathmatiques, son disciple le pre Benedetto Castelli.Celui-ci reut du recteur lordre de sabstenir de toute allusion lathorie copernicienne et de la grande-duchesse douairire de Toscane,

Christine de Lorraine, des avertissements inspirs par le souci delorthodoxie. Galile fut oblig dintervenir.Il le fit dans une lettre son disciple o il aborda de manire directeles rapports de la science et de la religion, affirmant que, dans ledomaine des phnomnes physiques, lcriture sainte na pas dejuridiction.La diffusion de cette lettre provoqua lextension de la polmique.Des prdicateurs stigmatisrent en chaire les ides nouvelles.

Au dbut de 1615, un autre religieux du parti copernicien, le preFoscarini, crut bien faire en publiant une brochure pour montrer quenfait les passages de lcriture qui servaient darguments contre lathorie hliocentrique pouvaient tre interprts dans son cadre.Mais linitiative suivait une plainte contre Galile dpose au Saint-Office. Le cardinal Bellarmin, personnage important de la Curieromaine, favorable Galile, essaya denrayer le dveloppement delaffaire en crivant au pre Foscarini une lettre quasi publique o,

tout en reconnaissant lintrt pratique, pour le calcul astronomique,du systme de Copernic, il dclarait formellement imprudent delriger en vrit physique. Pouss par quelques amis, dont Mgr Dini,Galile diffusa son tour une lettre la grande-duchesse Christine oil dveloppait magistralement que

lintention du Saint-Esprit est de nous enseigner comment on doitaller au ciel, et non comment va le ciel .

Ctait l parler juste et respecter profondment la spcificit de laRvlation. Mais ctait aussi accepter le dplacement du dbat, que la

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polmique avait obscurci. Au cardinal Bellarmin, dont toute lattitudesemble inspire par le dsir de maintenir la paix en retardant unediscussion dlicate, il et mieux v

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