Principe de relativité
En physique, le principe de la relativité est l'exigence que les équations décrivant les lois de la physique soient identiques à tous les cadres de référence.
En 300 avant J.-C., le philosophe grec Aristote pensait que les objets lourds tombent plus vite que les objets qui ne sont pas lourds. La science naturelle d'Aristote a été la plus populaire dans la pensée occidentale pendant 2 000 ans.
En 1600, l'astronome italien Galileo Galilei a prouvé que tous les objets tombent avec la même accélération. Par conséquent, plus un objet se déplace longtemps avec une accélération constante, plus sa vitesse finale est rapide. De plus, si différents objets ayant chacun une masse différente sont lâchés du repos (la vitesse initiale est nulle) à la même hauteur dans le vide, ils heurteront tous le sol à la même vitesse, quelle que soit leur masse. Les découvertes expérimentales de Galilée et les lois du mouvement développées mathématiquement par Newton ont donné naissance à la science moderne.
Le principe de relativité de Galilée stipule qu'"il est impossible par des moyens mécaniques de dire si nous sommes en mouvement ou au repos". Si deux trains se déplacent à la même vitesse dans la même direction, un passager de l'un ou l'autre train ne pourra pas remarquer que l'un ou l'autre train se déplace. Cependant, si le passager prend un cadre de référence fixe, un point fixe, comme la terre, il pourra alors remarquer le mouvement de l'un ou l'autre train. Par ailleurs, si l'on se tient sur la terre, on ne pourra pas voir qu'elle bouge.
Ce principe est simplement tiré de l'observation. Par exemple, si nous voyageons en avion à une vitesse constante, nous pouvons traverser l'intérieur de l'avion sans rien remarquer de spécial.
D'un point de vue pratique, cela signifie que les lois de Newton sur le mouvement sont valables pour tous les systèmes à inertie, c'est-à-dire ceux qui sont au repos ou ceux qui se déplacent à une vitesse constante par rapport à un système considéré au repos. C'est la loi de l'inertie : un corps au repos continue au repos et un corps en mouvement continue en ligne droite à moins d'être influencé par une force extérieure. Un système de coordonnées galiléen est un système dans lequel la loi de l'inertie est valable. Les lois de la mécanique de Galilée et de Newton sont valables dans un système de coordonnées galiléen. Si K est un système de coordonnées galiléen, alors tout autre système K' est un système de coordonnées galiléen s'il est au repos ou se déplace selon la loi de l'inertie par rapport à K. Par rapport à K', les lois de la mécanique de Galilée et de Newton sont aussi valables qu'elles le sont par rapport à K.
Si, par rapport à K, K' est un système de coordonnées se déplaçant selon la loi de l' inertie et est dépourvu de rotation, alors les lois de la nature obéissent aux mêmes principes généraux dans K' que dans K. Cette affirmation est connue sous le nom de Principe de la Relativité.En d'autres termes, si une masse m est au repos ou se déplace avec une accélération constante (l'accélération constante pourrait être égale à zéro, auquel cas la vitesse resterait constante) en ligne droite par rapport à un système de coordonnées galiléen K, alors elle sera également au repos ou se déplacera avec une accélération constante en ligne droite par rapport à un second système de coordonnées K' à condition que la loi de l'inertie soit valable dans le système K' (en d'autres termes, à condition qu'il s'agisse d'un système de coordonnées galiléen).
Par conséquent, si nous voulons observer un effet dans un système en mouvement à vitesse constante, nous pouvons appliquer directement les lois de Newton. Si le système en mouvement s'accélère (ou si nous accélérons par rapport à lui, comme lorsque nous regardons les étoiles depuis la terre), nous devrons alors introduire des forces imaginaires pour compenser cet effet.
Ces forces fictives sont appelées force centrifuge et force de Coriolis.
Les lois du mouvement de Newton sont mécaniquement précises pour les vitesses lentes par rapport à la vitesse de la lumière. Pour les vitesses qui s'approchent de la vitesse de la lumière, il est nécessaire d'appliquer les découvertes de la théorie spéciale de la relativité d'Einstein.
Afin de décrire ce qui se passe mécaniquement dans l'univers, les physiciens utilisent la masse, la longueur et le temps. Dans la physique de Galilée et de Newton, ces quantités restent les mêmes dans tout l'univers.
Avec la théorie spéciale de la relativité d'Einstein, ces quantités peuvent changer.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que le principe de relativité ?
R : Le principe de relativité stipule que les équations décrivant les lois de la physique sont les mêmes dans tous les cadres de référence.
Q : Qui a proposé ce principe pour la première fois ?
R : Le philosophe grec Aristote a proposé ce principe pour la première fois en 300 avant notre ère.
Q : Qu'a prouvé Galilée ?
R : Galilée a prouvé que tous les objets tombent avec la même accélération, quelle que soit leur masse.
Q : Comment les découvertes de Galilée ont-elles donné naissance à la science moderne ?
R : Les découvertes de Galilée et les lois du mouvement de Newton développées mathématiquement ont donné naissance à la science moderne.
Q : Que signifie le fait que deux trains se déplacent à la même vitesse dans la même direction ?
R : Si deux trains se déplacent à la même vitesse dans la même direction, le passager de l'un ou l'autre train ne pourra pas remarquer que l'un ou l'autre se déplace. Toutefois, s'il adopte un cadre de référence fixe (comme la Terre), il sera en mesure de remarquer le mouvement du train.
Q : Comment les lois de Newton s'appliquent-elles lorsque la vitesse approche celle de la lumière ?
R : Lorsque la vitesse approche celle de la lumière, il est nécessaire d'appliquer la théorie spéciale de la relativité d'Einstein au lieu des lois de Newton sur le mouvement, car ces lois ne restent mécaniquement exactes que pour des vitesses lentes par rapport à la vitesse de la lumière.
