Sémantique gravitationnelle

[likethat]

Bonjour,

lecteur assidu des sujets physiques et astronomiques de ce forum, je constate que souvent les échanges portent sur la sémantiques de certains mots, d'apparence pourtant banale.

Or ces échanges m’interpellent, car je réalise que moi-même je ne dois pas toujours connaitre le bonne définition.

Par exemple, serait-il possible de donner une définition simple de chacun de ces termes:

1 - la pesanteur
2 - l'apesanteur
3 - l'impensateur
4 - la gravité
5 - la gravitation
5 - le champ gravitationnel

J'ai ma petite idée mais probablement imprécise voire fausse.

Merci
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[antek]

Puisqu'on est dans la sémantique, et si tu le permets (sinon qu'un modo supprime la question) :
j'ai rencontré les deux affirmations "le photon n'a pas de masse" et "le photon a une masse nulle".
Laquelle est juste ?

[Deedee81]

Salut,

Il y a parfois un peu de flou dans la terminologie. Je tente une explication, peut-être à amender. Je n'ai pas été voir dans wikipedia ou le wikitionnaire mais c'est peut-être à faire aussi.

1 - la pesanteur
Effet de la gravité ressentie sur Terre (parfois sur une planète ou sur un satellite), on parle d'accélération de la pesanteur, notée g et caractérisant l'accélération d'un corps tombant en chute libre.
2 - l'apesanteur
Pesanteur nulle.
3 - l'impensateur
Corps en chute libre, on ne ressent pas l'effet de la pesanteur à cause du principe d'équivalence.
Comme les corps ne sont pas sans masse ni ponctuels, il reste un peu d'effets souvent nommé "microgravité".
4 - la gravité
Phénomène physique par lequel les corps massif s'attirent (attraction universelle) proportionnellement à leur masse et inversement proportionnel au carré de la distance (au moins en première approximation... newtonienne)
C'est aussi une des quatre interactions dites fondamentales.
5 - la gravitation
Synonyme.
5 - le champ gravitationnel
Un champ est une grandeur physique prenant une valeur en tout point de l'espace et du temps. On peut l'identifier au champ de pesanteur ou, en relativité générale, au champ de courbure ou mieux au champ de connexion (de Christoffel) ou au champ de tétrades.

j'ai rencontré les deux affirmations "le photon n'a pas de masse" et "le photon a une masse nulle".
Laquelle est juste ?

C'est la même chose. "pas de masse" = "masse nulle" = "m = 0"
On pourrait dire "pour que ce soit nul il faut quelque chose", mais ça c'est une distinction philosophique mais pas physique où ce qui compte est le fait qu'une grandeur (la masse) a une certaine valeur mesurable/mesurée, ni plus, ni moins.

[antek]

C'est la même chose. "pas de masse" = "masse nulle" = "m = 0"

C'est bien ce qui me turlupine : comment faire intervenir dans une équation la masse du photon s'il n'en a pas !!!
C'est la première fois que je trouve une incohérence dans le langage scientifique.

Mais bon, n'en étant pas un je prend note (et la garde sous le coude)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

C'est bien ce qui me turlupine : comment faire intervenir dans une équation la masse du photon s'il n'en a pas !!!

La réponse est dans la partie que tu as coupé (que tu n'as pas mis dans la citation) :
"qui n'en a pas" et "qui vaut zéro" est différent en philosophie mais est la même chose en physique.

Prenons un exemple, tu prend un objet (peu importe quoi, en métal ou pas) et tu branche un voltmètre dessus (c'est ça faire de la physique)
Ton voltmètre indique 0. Donc V=0.
- le physicien : V=0
- le philosophe : est-ce que le voltage est zéro ou est-ce que l'objet n'a pas de voltage ?
Cette dernière question est totalement stérile en physique (et rappelons-nous où nous somme, dans le forum de physique) (EDIT sans dénigrer la philosophie, la question peut y avoir son importance, mais j'insiste : on n'est pas dans un forum de philo)

[mach3]

Pesanteur : la pesanteur est à la base responsable du poids, ce qu'on mesure en posant un objet sur une balance. D'une manière générale c'est un ensemble de forces d'entrainements (fictives) qu'il faut considérer dans un référentiel qui n'est pas en chute libre, elle peut inclure la force de gravitation bien que la qualification de force fictive pour cette dernière dépend de la théorie ou de l'interprétation de la théorie. En RG c'est une force fictive, en mécanique classique dans son interprétation classique, c'est une force non fictive (il faut ajouter une force d'entrainement fictive opposée dans les référentiels de chute libre), en mécanique classique dans l'interprétation Newton-Cartan, c'est une force fictive. Une propriété commune au forces d'entrainements fictives (gravitation comprise) et qu'elles dépendent de la masse du corps et donc que l'accélération résultante pour ce corps ne dépend donc pas de la masse de ce corps.
D'une manière générale, la pesanteur se constitue de :
-une force d'entrainement linéaire (par exemple si on est dans une fusée qui accélère), qui contient la force gravitation le cas échéant (par exemple sur le sol de la Terre qui peut être vu comme accélérant vers le haut dans un référentiel de chute libre)
-une force d'entrainement centrifuge (si le référentiel est tournant)
-une force de Coriolis (si le référentiel est tournant et que le corps considéré possède une vitesse par rapport au référentiel non nulle et non colinéaire à l'axe de rotation du référentiel).
Formellement, la pesanteur est encodée dans les symboles de Christofell intervenant dans l'équation des géodésiques (que ce soit en RG ou en Newton-Cartan). Ces symboles dépendent du repère de référence dans lequel est mesuré la pesanteur que subit un objet. Si le repère est en chute libre, ils s'annulent, pas de pesanteur. Si le repère n'est pas en chute libre, ils ne sont pas nuls, et il y a une pesanteur.

Apesanteur = Impesanteur : absence de pesanteur. On préfère l'usage de "impesateur", parce qu'oralement, "l'apesanteur" et "la pesanteur" peuvent être confondus.

Gravité, gravitation, champs gravitationnel = courbure de l'espace-temps (et ça vaut aussi en mécanique classique, dans l'interprétation de Newton-Cartan), responsable de force de marées. Formellement, c'est encodé dans le tenseur de Riemann, en lien très fort avec les symboles de Christofell (que ce soit en RG ou en Newton-Cartan).

Il existe des cas :
-sans gravitation ni pesanteur : référentiel inertiel (Christofels nuls) en espace-temps plat (Riemann nul)
-sans gravitation mais avec pesanteur : référentiel en mouvement accéléré (Christofels non nuls) en espace-temps plat (Riemann nul), fusée qui accélère linéairement ou station spatiale en forme de roue en rotation, loin de tout.
-avec gravitation mais sans pesanteur : référentiel de chute libre (Christofels nuls) en espace-temps courbe (Riemann non nul), tout mouvement balistique ou orbital libre (pas de poussée, pas de portance, pas de frottements)
-avec gravitation et pesanteur : référentiel quelconque (Christofels non nuls) en espace-temps courbe (Riemann non nul), assis sur mon fauteuil à mon bureau (exemple le plus simple).

m@ch3

[mach3]

Complément :

il y a un "étage" au-dessus de la pesanteur et de la gravité, le potentiel gravitationnel.

En mécanique classique, la force de gravitation dérive du potentiel gravitationnel, et les forces de marée dérivent deux fois de ce potentiel. On peut avoir l'impression que ce potentiel gravitationnel est objectif et intrinsèque, mais cela ne résiste pas à l'examen approfondi (voir page 294 dans "Gravitation") :
-il est défini à une constante additive près, pas forcément un souci si on le considère nul à l'infini
-le potentiel gravitationnel n'est pas invariant : en un même évènement, il aura une valeur différente selon si le référentiel est galiléen ou non (un terme dépendant de l'accélération d'entrainement et de la position intervient), mais ce n'est pas forcément un souci si on considère que la matière de l'univers est concentrée dans une région finie, entourée de vide, car on peut alors considérer un potentiel absolu tel qu'il est nul (ou au moins constant) à l'infini.

Problème, la matière de l'univers n'est pas concentrée dans une région finie, entourée de vide... donc on ne peut pas définir de potentiel gravitationnel dans l'absolu (on ne peut pas lui donner une valeur constante à l'infini, sans même parler d'une valeur nulle...). Il est en fait impossible de différentier la force de gravitation (qui dériverait du potentiel absolu) d'une force d'entrainement (qui dérive du potentiel "relatif"), même en mécanique classique.
Du coup, le terme "force de gravitation" est un peu ambigu. Il n'y a que dans les modèles simplifiés (ou on néglige l'extérieur du système d'astre étudié) où un potentiel absolu prend un sens, et où la distinction entre force de gravitation et force d'entrainement peut être comprise (due à un astre pour l'une, due au choix de référentiel pour l'autre), mais c'est une distinction bien artificielle.
On parle souvent de champ de gravitation ou champ gravitationnel pour qualifier le champ vectoriel , qui dérive du potentiel absolu -GM/r. Mais en réalité, il ne s'agit pas d'autre chose qu'un champ de pesanteur, il n'y a physiquement pas de différence.

On a donc le potentiel (non invariant), duquel dérive les forces d'entrainement (dont la force de gravitation) = symboles de Christofel, desquelles dérivent les forces marées = tenseur de Riemann

En RG, ce qui tient le rôle de "potentiel" gravitationnel, c'est le champ de métrique duquel dérive les symboles de Christofell desquels dérive le tenseur de Riemann. Dans les solutions simpl(ist)e de la RG, comme la géométrie de Schwarzschild à l'extérieur d'un astre, l'un des termes de la métrique rappelle furieusement le potentiel gravitationnel absolu newtonnien, ce n'est pas un hasard (de la masse concentrée, avec rien autour...)

Le tenseur de Riemann, que l'on soit en classique ou en RG, caractérise intrinsèquement le phénomène de gravitation, il est façonné par les masses (via l'équation d'Einstein en RG), et c'est lui qui dicte la géométrie et donc les géodésiques, et donc les trajectoires que l'on impute à la gravitation (par exemple les orbites).
Ce qu'on appelle "champ gravitationnel" suivant l'acception ci-dessus est, dans le cadre restreint d'un modèle particulier (on considère un système d'astres avec rien autour) une résultante de la géométrie dictée par le tenseur de Riemann.
Un point à débattre est que le champ de tenseur de Riemann mérite plus terme de champ gravitationnel que le champ vectoriel

m@ch3

[likethat]

et bien, merci à Deedee pour ses réponses simples et à mach3 pour ses réponses pour le moins complètes!

[invite54165721]

on peut signaler aussi que ces définitions n'ont pas un caractere absolu.
Si la différence espacetemps plat et espacetemps courbé est absolue,
la notion d'apesanteur fait référence a ce que ressent en (x,t) un observateur le long d'une trajectoire passant par la.
On peut etre en apesanteur pres d'un trou noir. ou a 10 G dans une fusée loin de tout corps.

[Deedee81]

Salut,

Si la différence espacetemps plat et espacetemps courbé est absolue,

Notons qu'on peut d'ailleurs "lire" les effets de la gravité sur les coefficients du tenseur de courbure de Riemann-Christoffel (forces de marées, enfin, plutôt la déviation géodésique, dilatation du temps gravitationnelle,...).

Mais concernant les définitions, je ne dirais pas qu'elles sont "non absolues" (ça n'a guère de sens pour une définition. Suffit qu'elle soit complète, précise et s'applique à toutes les situations). Par contre, imprécises et non consensuelles..... ça oui (on voit déjà d'ailleurs des différences entre mes explications simples et les explications de mach3). Et ce n'est pas les seules : la définition de référentiel ... et même d'absolu... varie selon les auteurs !!!! Même les maths et conventions (le signe de la métrique par exemple, et on utilise souvent des indices latins pour l'espace et grecs en quadrivectoriel mais je connais des auteurs qui font l'inverse !!!!! Sans compter les différences de notations pour les dérivées, les matrice auto-adjointe ou les conjugués complexes ou hermitiques, même les notations des vecteurs ou du produit scalaire varient fortement, ou les noms des espaces de Minkowski, lorentziens, pseudo-euclidiens.... et les variétés ou espaces ponctuels, etc.... ohhhh, les gars, mettez-vous d'accord non di djou )

Ca ne simplifie pas l'étude de la physique (bon, en général, quand c'est des articles "techniques" c'est précisé ou contextuel, mais il peut y avoir des articles moins prudents/précis.... surtout la vulgarisation qui ne précise presque jamais les définitions/choix... et on s'étonnerait parfois que beaucoup de curieux du sujet arrivent ici en ayant tout compris de travers).

[invite54165721]

il y a un critere scientifique que tout le monde peur comprendre. t'as le coeur qui se souleve et tu regrettes d'etre monté dans le machin Ou t'es bien, paisible, a la fraiche, décontracté.

[Deedee81]

Salut,

il y a un critere scientifique que tout le monde peur comprendre. t'as le coeur qui se soulève et tu regrettes d'etre monté dans le machin Ou t'es bien, paisible, a la fraiche, décontracté.

Tiens, moi j'aurais dit autrement. Si tu montes dans la montagne russe scientifique et que tu sens l'adrénaline qui monte, génial, mais si tu sens autres chose qui remonte, la couture n'est pas un métier déshonorant

Bon, j'arrête tout de suite, je ne veux pas tchatter et pourrir le fil de likethat. D'autant qu'il pourrait avoir d'autres questions
(et on pourrait même peut-être enrichir le glossaire en épinglé, à voir)

[invite54165721]

tchatt bien sur mais pas que.
il y a deux concepts physiques (et je n'en vois pas d'autres a un tel niveau) que tout etre vivant ressent dans ses tripes.
c'est la pesanteur et la chaleur. la vie y trouve son moteur.
personne ne ressent le principe de Mach ou de Noether, la relativité restreinte continue de perturber beaucoup de forumeurs avec ses jumeaux etc. en revanche tout le monde ressent le principe a l'oeuvre dans l'ascenseur en chute libre.
Accélerez ou chauffez un truc avec intelligence aritficielle, il va continuer a vous battre aux échecs imperturbablement.
eternuez pendant un concert d'une diva et elle risque de perdre toute sa grace et Kasparov d'etre destabilisé.

tout ca pour dire qu'on a des garde fous qui nous empechent de dire des contre vérités flagrantes sur certains points.

[Deedee81]

tchatt bien sur mais pas que.
il y a deux concepts physiques (et je n'en vois pas d'autres a un tel niveau) que tout etre vivant ressent dans ses tripes.
c'est la pesanteur et la chaleur. la vie y trouve son moteur.

Et les interactions de contacts alors ? (quand on reçoit une gifle on le ressenti très bien) Et l'inertie ? (c'est plus difficile de pousser un camion qu'un ballon de foot)
Et si on met les doigts dans une prise, on ne ressent rien ? Et quand tu regardes le soleil, tu n'es pas ébloui ? "deux" concepts, wow, tu est LOIN du compte.
Et ne vient pas dire que tu avais précisé "à un tel niveau" car la discussion porte sur la gravité.... et tu cites la chaleur.

Par contre tu as raison sur les aspects plus techniques (Noether) ou plus exotiques (la relativité).

tout ca pour dire qu'on a des garde fous qui nous empechent de dire des contre vérités flagrantes sur certains points.

Mais de quels garde-fous parles-tu ? Et quel rapport avec donner des définitions sémantiques aux termes plus haut (c'est le sujet du fil je rappelle) ?

Désolé de le dire mais tes derniers messages sont terriblement peu clair voire incohérent. Fait un effort.

[stefjm]

C'est la même chose. "pas de masse" = "masse nulle" = "m = 0"
On pourrait dire "pour que ce soit nul il faut quelque chose", mais ça c'est une distinction philosophique mais pas physique où ce qui compte est le fait qu'une grandeur (la masse) a une certaine valeur mesurable/mesurée, ni plus, ni moins.

C'est un point difficile en particulier à cause de la notion de jauge, de référence, de conventions.
Si je choisis 1, 2 et 3 pour la charge : électron, neutron et proton, je ferai quand même de la physique...

[Deedee81]

Salut,

C'est un point difficile en particulier à cause de la notion de jauge, de référence, de conventions.
Si je choisis 1, 2 et 3 pour la charge : électron, neutron et proton, je ferai quand même de la physique...

Tout à fait d'accord, mais je ne vois pas pourquoi tu trouves ça difficile. Au contraire, tu vas dans le sens qu'on peut attribuer une valeur conventionnelle qui n'a rien à avoir avec la notion "d'existence".

Heu, oui, les notions de jauge ne sont pas simples, si c'est ça, je suis d'accord. Mais pour la masse, y a pas de jauge (pour la charge oui).