Qu’est-ce qu’une force ?
Insatiable (dans Lois physiques et réalité) pose justement la question qui me turlupine depuis un (long) moment : qu’est-ce qu’une force ?
Le physicien répondra, sans sourcier, « C’est ce qui fait bouger ou déformer les choses. »
Et de classifier les forces en fonction de leur action (liste non exhaustive):
- Force gravitationnelle.
- Force électrique.
- Force magnétique.
- Force nucléaire.
- Force de cohésion.
- Force de répulsion.
Et d’en rajouter une nouvelle chaque fois qu’il ne peut pas « expliquer » un phénomène avec celles qu’il connaît… Ou qu’il croit connaître.
Restant dans un domaine simple, tentons de comprendre ce qui se passe avec une « force » agissant sur un objet dit de « masse » M.
Constat : ce objet est soumis à une accélération (a), mesurée et exprimée, par exemple, en mètre/sec (m/s²).
Si la masse est exprimée en kilogramme (kg), la force sera exprimée en Newton (N) et donnée (calculée) par la formule : F = M . a (1)
Autrement dit (par le maître physicien), lorsqu’un corps d’une masse de 1 kg est soumis à une force de 1 N, il subit une accélération de 1 m/s².
C’est ce qui est enseigné dans toutes les (bonnes) écoles.
Du coup, on sait ce que c’est qu’une force et on sait même la mesurer…
Pour ma part, je n’ai rien compris, je ne sais toujours ce qu’ « est » une force.
Pour commencer, on ne mesure pas la force, mais bien les effets qu’elle provoque.
Dans ce cas on mesurera l’accélération, ce qui ne se fait pas tout seul (voir la discussion sur la mesure). Déjà que la vitesse ne peut être mesurée à un instant donné, puisqu’elle correspondant à une variation de position pendant un temps particulier qui n’est jamais égale à zéro, l’accélération étant une variation de vitesse, cela revient à calculer la variation de la variation de position. La mesure de la position devrait être elle-même réexaminée en profondeur, mais une autre fois.
On mesurera également la masse de l’objet. Simple. Mais comment mesure-t-on la « masse » d’un objet ? Le même maître physicien vous dira qu’il suffit d’appliquer une même force qu’à un objet standard dont on dit qu’il a une masse de 1 kg (le fameux kilo de platine), de voir l’accélération qu’il va prendre : la masse de l’objet mesuré sera en proportion inverse de l’accélération subie, d’après la formule citée plus haut…
Il y a quelque chose qui me dérange foncièrement dans cette façon de faire.
La chose fondamentale que l’on mesure, directement ou indirectement (balance à plateaux) est l’accélération, et ce, dans différentes circonstances. La notion de force, de même que sa « mesure », n’est que l’idée que nous nous en faisons. Je ne peux pas aller dans un magasin acheter 10 Newtons…
La force, au sens propre, n’est finalement qu’un outil mathématique pour décrire (ce qu’il fait d’ailleurs très bien) des interactions entre différents objets.
Dans n’importe quel manuel scolaire, nombre d’exercice commence par : « Un corps soumis à un force de x Newtons… ». D’abord, comment sait-on que la force en question fait x Newtons ?
Ensuite, on oublie complètement, c’est plus facile, que cette force est crée par quelque chose.
S’il n’y a pas ce quelque chose, il n’y a pas de force.
Même dans le cas des forces de cohésions qui maintiennent la structure d’un atome, on retrouve les interactions de différents objets (particules).
Prenons le cas de la force de gravitation.
La physique nous dit que deux corps de masse M et M’ placés à une distance d l’un de l’autre, subiront une « force » d’attraction telle que :
F = c . M.M’/ d² (2)
(c) est une constante calculée pour retomber sur ses pattes avec les Newtons, les kg et les mètres.
Ca ne m’intéresse absolument pas de savoir quelle est la force que subissent les objets, mais bien de savoir ce qui va se passer pour eux.
Le corps de masse M’ va subir une accélération égale à cM/d² (en m/s)
Et celui de masse M subira une accélération égale à cM’/d².
L’accélération est quelque chose de tangible, puisque mesurable (apparemment).
On suppose (on suppose beaucoup en physique) que la distance d est suffisamment grande pour que la distance parcourue pendant la mesure de l’accélération ne modifie pas grand-chose (dans la formule initiale).
Autre remarque, quelque soit la masse d’un objet, il sera toujours attiré par un même corps avec la même accélération.
C’est ce qui fait dire que tous les corps tombent (en l’absence de frottements) avec la même vitesse, ce qui est faux puisque c’est avec la même accélération.
Ce qui me choque, mentalement, pour rester dans l’attraction terrestre, est que si la Terre crée une « force » d’attraction, inversement proportionnelle à la distance du point d’application, je veux bien, comment se fait-il que cette force varie en fonction de l’objet sur lequel elle est appliquée. Elle doit varier puisque si j’augmente la masse de l’objet qui subit cette force, son accélération ne change pas. Contrairement à la formule (1).
Je sais, l’explication mathématique est là (2).
Mais ce n’est jamais qu’une explication mathématique…
Lorsqu’un énoncé débouche sur un paradoxe, c’est qu’il y a erreur dans cet énoncé.
S’agissant de la force, on en a fait un objet à part entière alors qu’il ne s’agit que d’un outil mathématique intermédiaire pour tenter de décrire des phénomènes physiques qui, eux, semblent bien réels.
Autres sujets d’inquiétude : quantité de mouvement, énergie, entropie, etc.
FransVing
-----