Un autre aspect
intrigant de la gravité
(La version française
suit la version anglaise)
Note. Thanks to Frédéric Long who has improved my
document in a significant way.
The strength of gravity
Gravity is known as a weak force in the Universe. Is
it really weak? Two objects dropped from the atmosphere, eliminating the air
resistance factor, will reach the same rate of descent, notwithstanding their
mass or size. The force of attraction is equal for all objects. This force of
attraction varies according to the planet considered, obviously.
Each object has a mass that represents the combination
or totality of its atoms, no matter the nature of each one. A body with heavier
atoms has more mass than a planet with lighter atoms of the same size. The
gravitational strength depends on atomic weight.
A bidirectional gravity
Let's not forget that gravity between a large and a
small body does not only involve a unidirectional strength, the larger one pulling
the smaller one. Each body has a gravity related to its mass. So, the Moon and
the Earth are atrracting each other, both ways.
Distinction
There is a distinction to be made between «mass», «weight»
and «gravity». Mass relates to the total atomic weight of its atoms; gravity
relates to the attraction it exerts on another object (and vice versa); and,
weight relates to the use of a standard device to calculate the strength of the
attraction. A light object is the result of a small mass.
We expect an object near Earth to be attracted with
greater strength than if it were far from Earth. In fact, that is the case. But
how can the Earth retain in its orbit an object the size of the Moon with its
billions of tons with the same force that serves to attract a small object that
is dropped from the atmosphere?
The answer is straightforward: gravity is
constant no matter the mass of an object, but each object has also an opposing
force that acts as a balance.
The gravity pulling the Moon is stronger than the
gravity that pulls down a baseball hit in a stadium, but their inertia differs.
The baseball and the Moon attract also the Earth with their own mass, the
gravity of the Moon being millions of time stronger than the one of the
baseball. The baseball has a extremely small inertia compared to the Moon.
Given enough time while dropping to Earth, their center of gravity will reach
the same level, even though the speed of the baseball might be faster at the
start.
A balancing act
Because the Moon is extremely heavy, the Earth's
gravity, combined with that of the Moon, is expected to be considerably
stronger, and it is. How does the Earth’s gravity, which is said to be weak,
manage to retain the Moon?
The Earth's gravity is stronger with objects of
heavier mass, but the inertia of a heavier mass is stronger also, acting as a
brake on the descent. Inertia is the force exerted by any body to resist
change, in this case, speed. Gravity cannot be fully understood without
inertia. Without this property, a heavier body should always reach the Earth
sooner than a light body, but, in fact, the smaller body reaches the Earth
sooner on a short distance.
A convincing example of inertia
On a river, hold a popsicle stick and a large tree
trunk side by side. Release them at the same time. The popsicle stick will
increase its speed to the river flow sooner than the tree trunk. Why? Because
the inertia or resistance of the trunk is more important than the one of the
popsicle stick.
Dropping these two objects from high in the atmosphere
would produce a similar effect. After a while, the trunk would travel at the
same speed as the popsicle stick.
Weightlessness
Depending on the planet that you would be standing on,
your weight would vary from heavy to light. It means that your weight is not
absolute, but relative. If you're not standing on a planet, then your weight is
zero: you're weightless. Am I right? Yes, you’re weight is zero, but your mass
is still unchanged.
Can weight be a relative and not an absolute
characteristic of a body or object? The weight of an object is calculated only
in relation to another object and not by its intrinsic nature (its mass) hence
the distinction between mass and gravity. So, weight is a relative measureof a
mass.
Can we claim that every object of the Universe has no
weight in itself, a weight that varies according to the relation it maintains
with another object?
No. Nowhere in the Universe gravity is zero. It
might be weak though, more or less close to zero, depending on the distance of
the closest object.
Two bodies dancing around each other
The Moon is orbiting around the Earth, and not the
opposite around because it’s mass is less important. In fact, the Moon is
falling on the Earth at a speed to keep a distance such that it cannot escape
that orbit. If the Moon were to increase its speed, it would quit the orbit and
fly away from Earth. By decreasing it’s speed, I guess we would have a serious
problem on our head…
A body orbiting around another one means that it has
less mass. But if the two bodies were of equal mass, would they retain a
distance between them and orbit around each other indefinitely?
Est-ce que le poids
est une caractéristique relative
ou absolue de l'Univers?
Remarque. Merci à Frédéric Long qui m'a permis d'améliorer
mon document de manière significative.
La force de la gravité
La gravité est connue comme une force faible dans l'Univers.
Est-elle vraiment faible? Deux objets tombant de l'atmosphère, éliminant le
facteur de résistance à l'air, atteindront le même taux de descente, malgré
leur masse ou leur taille. La force d'attraction est égale pour tous les
objets. Cette force d'attraction varie selon la planète considérée, évidemment.
Chaque objet a une masse qui représente la combinaison
ou la totalité de ses atomes, quelle que soit la nature de chacun. Un corps
avec des atomes plus lourds a plus de masse qu'une planète avec des atomes plus
légers de la même taille. La force gravitationnelle dépend donc du poids
atomique.
Une gravité bidirectionnelle
N'oublions pas que la gravité entre un corps lourd et
un petit corps implique non seulement une force unidirectionnelle, le plus grand
attirant le plus petit. Chaque corps a une gravité liée à sa masse. Ainsi, la
Lune et la Terre s’attirent dans les deux sens.
Distinction
Il faut faire une distinction entre «masse», «poids»
et «gravité». La masse se rapporte au poids atomique total de ses atomes; la
gravité se rapporte à l'attraction qu'elle exerce sur un autre objet (et vice
versa); et le poids concerne l'utilisation d'un dispositif standard pour
calculer la force de l'attraction. Un objet léger est le résultat d'une petite
masse.
Nous nous attendons à ce qu'un objet près de la Terre
soit attiré par une plus grande force que s'il est loin de la Terre. En fait,
c'est le cas. Mais comment la Terre peut-elle conserver dans son orbite un objet
de la taille de la Lune avec ses milliards de tonnes avec la même force qui
sert à attirer un petit objet qui tombe de l'atmosphère? La réponse est simple:
la gravité est constante, peu importe la masse d'un objet, mais chaque objet a également
une force opposée qui agit comme un équilibre, l’inertie.
La gravité qui tire la Lune est plus forte que la
gravité qui tire une de baseball cognée dans un stade, mais leur inertie diffère.
Le baseball et la Lune attirent aussi la Terre avec leur propre masse, la
gravité de la Lune étant des millions de fois plus forte que celle de la balle.
La balle a une inertie extrêmement faible par rapport à la Lune. En accordant
un certain temps en tombant sur Terre, leur centre de gravité atteindra le même
niveau, même si la vitesse de la balle pourrait être plus rapide au début.
Un acte d'équilibre
Parce que la Lune est extrêmement lourde, la gravité
de la Terre, combinée à celle de la Lune, devrait être considérablement plus
forte, et elle l'est. Comment la gravité de la Terre, dite faible, permet-elle
de retenir la Lune?
La gravité de la Terre est plus forte avec des objets
de masse plus lourde, mais l'inertie d'une masse plus lourde est plus forte
aussi, agissant comme frein à la descente. L'inertie est la force exercée par
n'importe quel corps pour résister au changement, dans ce cas, la vitesse. La
gravité ne peut pas être entièrement comprise sans inertie. Sans cette propriété,
un corps plus lourd devrait toujours atteindre la Terre plus tôt qu'un corps léger,
mais en fait, le corps plus petit atteint la Terre plus tôt sur une courte
distance.
Un exemple convainquant d'inertie
Sur une rivière, tenez un bâton de popsicle et un gros
tronc d'arbre côte à côte. Relâchez-les en même temps. Le bâton de la popsicle
augmentera sa vitesse sur le flux de la rivière plus tôt que le tronc d'arbre.
Pourquoi? Parce que l'inertie ou la résistance du tronc est plus importante que
celle du bâton de popsicle.
Laisser tomber ces deux objets de haut dans l'atmosphère
produirait un effet similaire. Après un certain temps, le tronc se déplacera à
la même vitesse que le bâton de popsicle.
Apesanteur
Selon la planète où vous seriez debout, votre poids
varierait de lourd à léger. Cela signifie que votre poids n'est pas absolu,
mais relatif. Si vous n'êtes pas sur une planète, votre poids est nul: vous êtes
sans poids. Ai-je raison? Oui, votre poids est nul, mais votre masse est
toujours inchangée. Mais, nulle part dans l’Univers existe un endroit qui n’est
pas affecté par la gravité, la gravité étant une onde électromagnétique.
Le poids peut-il être une caractéristique relative et
non absolue d'un corps ou d'un objet? Le poids d'un objet est calculé
uniquement par rapport à un autre objet et non par sa nature intrinsèque (sa
masse) d'où la distinction entre masse et gravité. Donc, le poids est une
mesure relative d'une masse.
Pouvons-nous prétendre que tout objet de l'Univers n'a
aucun poids en soi, un poids qui varie en fonction de la relation qu'il
entretient avec un autre objet? Non. Nulle part dans l’Univers la gravité est
nulle. Il pourrait être faible cependant, plus ou moins près de zéro, selon la
distance de l'objet le plus proche.
Deux corps dansant l'un autour de l'autre
La Lune tourne en orbite autour de la Terre, et pas le
contraire, car sa masse est moins importante. En fait, la Lune tombe sur la
Terre à une vitesse telle qu’elle garde une distance qui ne lui permet pas de s’échapper
de cette orbite. Si la Lune devait augmenter sa vitesse, elle quitterait
l'orbite et s’éloignerait de la Terre. En diminuant sa vitesse, je suppose que
nous aurions un grave problème sur la tête...
Un corps en orbite autour d'un autre signifie qu'il a
moins de masse. Mais si les deux corps étaient d'une même masse,
conserveraient-ils une distance entre eux et l'orbite l'un par l'autre indéfini?
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