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Masse. -
L'idée de masse, en mécanique, est équivalente à
celle de quantité de matière. Cela peut s'exprimer de deux
manières différentes, selon que l'on considère la
masse d'un corps en fonction des caractéristiques de son mouvement,
ou en fonction de sa capacité à attirer et à être
attirée gravitationnellement par d'autres corps.
Selon la première approche, la masse
sera une mesure de la résistance au changement d'état de
mouvement d'un corps, autrement dit de son inertie. On pourra alors dire
que deux points matériels, deux corps de dimensions négligeables,
ont même masse s'ils se comportent de la même manière
sous l'action de forces égales; dans le cas contraire, leurs masses
sont différentes. Les masses des points matériels sont en
raison inverse des accélérations éprouvées
par ces points sous l'action d'une même force; réciproquement,
diverses forces agissant successivement sur une même masse lui impriment
des accélérations proportionnelles à leur propre grandeur.
En choisissant convenablement les unités, on peut donc dire que
la masse d'un point matériel est égale au quotient d'une
force arbitraire par l'accélération que cette force est susceptible
de lui imprimer. La masse d'un corps quelconque est la somme des
masses élémentaires qui le composent. Suivant que les diverses
parties du corps renferment ou non la même masse par unité
de volume, le corps est homogène ou hétérogène.
Dans la seconde approche, la masse d'un
corps caractérise la part qu'un corps joue dans l'interaction de
gravitation. Selon les lois de l'attraction newtonnienne ( Newton ),
les corps s'attirent proportionnellement à leurs masses et en raison
inverse du carré de leurs distances. On peut dès lors définir
la masse d'un corps comme le nombre de points matériels identiques
qui le composent. Si des corps ont des masses représentées
par les nombres 1, 2, 3, et si l'on veut leur imprimer la même accélération,
il faudra leur appliquer des forces proportionnelles aux nombres 1, 2,
3. Si l'on pouvait placer un corps successivement à la même
distance du Soleil et de la Terre,
il serait attiré vers ces deux astres par des forces proportionnelles
à leurs masses. Le corps tomberait pendant la première seconde
de sa chute, de 330 m vers le Soleil, et de 1 m vers la Terre; on en peut
conclure que la masse du soleil est 330 000 fois plus grande que celle
de la Terre. Comme il n'est pas nécessaire de placer le mobile à
la même distance du Soleil et de la Terre, on peut, d'après
les lois de l'attraction, remarquer que la chute est en raison inverse
du carré de la distance. Pour déterminer les masses des différentes
planètes, il faudrait mesurer les distances dont elles tombent en
une seconde vers le soleil, puis exprimer que ces distances sont proportionnelles
aux masses des planètes, et en raison diverse des carrés
de leurs distances au soleil, ou mieux s'appuyer sur les mouvements de
leurs satellites quand elles en ont.
Ces deux manières d'aborder la notion
de masse, longtemps jugées distinctes, faisaient dire aux physiciens
qu'ils avaient affaire à deux grandeurs différentes, la masse
inertielle, dans le premier cas, et la masse gravitationnelle dans le second.
Les deux étant proportionnelles (dans un système d'unités
cohérent la constante par laquelle on doit multiplier la valeur
de l'une pour calculer la'utre étant égale à 1). Einstein
a jugé qu'il s"agissait moins d'un coïncidence heureuse que
d'une caractéristique essentielle de la nature. Le physicien a ainsi
posé en principe, l'énoncé qui s'exprime déjà
dans la théorie newtonienne, et selon lequel masse inertielle et
masse gravitationnelle sont une seule et même chose (principe d'équivalence),
il qu'il convient donc d'identifier (localement) les forces de gravitation
et les forces d'inertie. Cette idée fonde la théorie de la
gravitation d'Einstein, dite théorie de la relativité générale,
pour laquelle un corps soumis à une "force de gravitation" doit
se comprendre comme un corps en "mouvement inertiel" dans un espace courbe.
(L.
Lecornu). |
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