Les Référentiels
Pour bien comprendre les idées de Galilée ou d'Einstein, il est essentiel de savoir ce qu'on appelle un "référentiel". Un mot barbare pour quelque chose de tout simple, puisqu'un référentiel est en somme un point de vue.
Pour les besoins de notre exposé, je vais prendre deux assistantes : Delphine et Sophie. J'ai aussi besoin d'un tapis roulant, droit, comme on en trouve parfois dans des stations de métro parisiennes, qui avance à 2 km/h. Delphine se place sur le sol, Sophie se place sur le tapis roulant. Nous allons maintenant vous faire intervenir. Vous montez sur le tapis roulant et vous vous mettez à marcher dessus. On demande alors à Delpine et à Sophie à quelle vitesse vous allez.
D'après Sophie, qui est sur le tapis, vous marchez à 3 km/h. D'après Delphine par contre, vous marchez à 5 km/h. Elles ne sont pas d'accord.
Sophie est sur le tapis. Or vous marchez sur le tapis, donc vous vous déplacez à 3 km/h par rapport à Sophie, c'est votre vitesse normale de marche.
Delphine est sur le sol. Elle vous voit marcher, mais pour elle, le tapis vous aide à avancer plus vite. Par rapport à elle, vous allez à 5 km/h.
Sophie et Delphine ont donc toutes les deux parfaitement raison. On ne peut pas donner votre vitesse sans dire par rapport à qui ou à quoi on la définit. Tout est donc une question de point de vue. Lorsqu'on parle de vitesse, on devrait donc toujours dire de quel point de vue on considère les choses. Un point de vue est appellé référentiel.
Dans notre histoire, Sophie et Delphine n'avaient pas le même point de vue. L'une mesurait les vitesses par rapport au sol. On dit dans ce cas qu'elle se plaçait dans le référentiel lié au sol, ou le référentiel du sol. L'autre, mesurait les vitesses par rapport au tapis. On dit qu'elle mesurait les vitesses dans le référentiel du tapis.
C'est finalement une remarque assez simple : La notion de vitesse dépend de l'observateur, c'est à dire du référentiel. On dit alors que la notion de vitesse est relative. Comme la vitesse dépend de l'observateur, l'idée de mouvement aussi : si vous vous arrêtez de marcher, pour Sophie, vous serez immobile, mais Delphine s'éloignerait dans la direction opposée à vous ! Pour Delphine, Sophie et vous seriez en mouvement dans la même direction. Il est donc toujours très important d'indiquer par rapport à quoi on mesure les vitesses !
En fait, l'idée de Galilée est plus forte que ça. L'idée essentielle de la relativité Galiléenne, c'est que rien ne permet de dire si on est en mouvement ou pas, puisque la notion de vitesse est relative.
Nous allons jouer un peu pour illustrer la question. Imaginons que vous ayez une balle. Vous êtes sur le sol. Si vous lachez la balle devant vous, elle tombe tout droit, jusqu'a vos pieds. Les balles, lachées sans vitesse initiale, tombent en ligne droite vers le sol. C'est ainsi que se déroulent les choses, normalement.
Vous montez maintenant sur le tapis roulant, et vous vous apprêtez à y faire la même expérience. Mais avant que vous lachiez la balle, nous allons poser une question : où la balle va-t'elle tomber par rapport à vos pieds, si vous la lachez alors que vous êtes sur le tapis roulant ?
- Sophie, qui est sur le tapis, se dit que tout va se passer simplement comme sur le sol. Donc la balle va simplement tomber à vos pieds.
- Delphine n'est pas d'accord. Effectivement, la balle va tomber tout droit, d'après elle, mais comme le tapis avance, vous aurez avancé par rapport à la balle, donc elle tombera en arrière de vos pieds. La figure vous indique ce que Delphine imagine.
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En noir, vous vous voyez au moment où vous lachez la balle. En rouge, votre position au moment où elle touche le sol. Comme on le constate, elle est à droite de votre position finale. C'est la théorie de Delphine, ça. Est-ce la bonne ? |