Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
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physique (suite)

Il arrive que les deux types de transformations existent simultanément ; c’est le cas des transformations radioactives, que l’on peut classer aussi bien parmi les phénomènes physiques que parmi les phénomènes chimiques. De même, la vaporisation de l’eau, phénomène physique, s’accompagne de phénomènes chimiques, ne serait-ce que la transformation des ions H3O+ et OH, qui existent dans l’eau liquide, en molécules H2O contenues dans le gaz.

La physique et la chimie sont de plus en plus orientées vers l’étude des phénomènes atomiques et moléculaires, qui sont à la fois les manifestations premières des agents physiques et à la base des transformations chimiques. Ces deux sciences tendent à se confondre, et on ne les sépare encore que pour des raisons pratiques.


Les divisions de la physique

On a l’habitude de diviser la physique en branches distinctes : la mécanique, la chaleur, l’électricité, l’optique, l’acoustique, etc. On a même créé des subdivisions qui intéressent plusieurs des parties précédentes : la thermodynamique traite des rapports entre les phénomènes thermiques et les phénomènes mécaniques ; l’électro-acoustique englobe l’étude des transformations de l’énergie sonore et de l’énergie électrique. Toutes ces spécialisations, fondées sur des techniques d’étude ou des applications différentes, sont artificielles. L’acoustique n’est qu’un chapitre particulier de la mécanique, qui tient d’ailleurs compte, dans une large part, de notre sens de l’ouïe ; son étude utilise souvent les mêmes relations que l’électrocinétique des courants alternatifs ; il existe une impédance acoustique des résonateurs comme il existe une impédance électrique des circuits. De même, la théorie électromagnétique de la lumière a fait de l’optique une subdivision de l’électricité.

C’est pourquoi la division traditionnelle de la physique citée plus haut, et qui a un caractère plus ou moins phénoménologique, doit faire place à une division plus rationnelle — la physique des ondes, la physique des champs —, et même à une division plus structurale au fur et à mesure que la physique fait dériver ses lois macroscopiques de celles qui sont relatives aux interactions à l’échelle microscopique. C’est ainsi que l’on envisage aujourd’hui une physique nucléaire, une physique des plasmas, une physique du solide, etc.


Les débuts de la physique

Les Assyriens et les Égyptiens firent d’intéressantes observations, en particulier en astronomie, mais leurs explications des phénomènes restèrent mythologiques et animistes. Les Chinois connurent la boussole très tôt ; on raconte qu’en 2637 av. J.-C. les troupes de l’empereur Huang-di (Houang-ti) purent, malgré le brouillard, atteindre un rebelle grâce à une statue tournante, portée par un char, dont un bras restait en permanence tendu vers le sud.

Les premiers scientifiques grecs furent avant tout des philosophes qui touchèrent à plusieurs branches de la science : Platon* s’occupa de mathématique et de physique ; le géomètre Thalès de Milet découvrit que l’ambre frotté attire les objets légers ; Pythagore* traita de la théorie des nombres, de l’optique, de l’acoustique. C’est alors que furent élaborées les premières théories sur la constitution de la matière, telles que la théorie des quatre constituants fondamentaux — l’air, l’eau, la terre et le feu — et la théorie atomique conçue par Leucippe et Démocrite, selon laquelle la matière est constituée d’objets indissociables et extrêmement petits, les atomes, se mouvant dans le vide. Mais, en l’absence de toute expérimentation, la science des Anciens se composait de systèmes a priori et relevait plus de la métaphysique que de la physique. Cependant, la mécanique connut un certain développement : Archimède* fonda la statique et l’hydrostatique ; des machines apparurent, et Héron d’Alexandrie utilisa pour la première fois la force motrice de la vapeur d’eau.

Le Moyen Âge et la Renaissance apportèrent peu de nouveautés, sauf en astronomie* grâce à Tycho Brahe* et à Johannes Kepler*, qui découvrit empiriquement les lois du mouvement des planètes. Toutefois, il faut mentionner que Léonard* de Vinci découvrit la capillarité, étudia la résistance de l’air et inventa le dynamomètre.


L’édification de la physique classique

Au xviie s., la physique prit son essor grâce à la création d’académies mettant en œuvre la méthode expérimentale et instaurant le travail en équipe.

Galilée* posa les premières bases de la dynamique. À dix-neuf ans, il découvrit les lois du pendule à partir de l’observation de l’oscillation des lustres de la cathédrale de Pise. Il établit les lois de la chute des corps, soit en abandonnant des objets au sommet de la tour de Pise, soit en utilisant le plan incliné. S’appuyant sur l’expérience, il posa quelques principes fondamentaux, tels que le principe de l’inertie : « En l’absence de toute force, un objet décrit une trajectoire rectiligne avec une vitesse constante. » Il supposa l’existence de systèmes privilégiés où l’on observe ce mouvement uniforme ; ce sont les repères d’inertie.

Newton* posa qu’un repère dont l’orientation est fixe par rapport aux « étoiles fixes » et dans lequel le Soleil se déplace à vitesse constante est un repère d’inertie. C’est à lui qu’on doit la notion de masse et la relation entre la masse m d’un point matériel, son accélération et la force qui le sollicite. Il établit la loi de la gravitation universelle, suivant laquelle la force s’exerçant entre deux corps, de masses m et m′, à la distance r, a pour intensité G étant la constante de gravitation. La masse qui intervient dans cette dernière expression est la masse gravitationnelle, alors que celle qui intervient dans la relation est la masse d’inertie, traduisant la résistance des objets à une modification de leur mouvement. Par la suite, on a pu montrer, expérimentalement, avec une précision meilleure que 10–11, que ces masses sont égales, ce que Einstein* a expliqué dans son principe de l’équivalence, qui est à la base de la relativité générale. Newton énonça aussi le principe d’égalité de l’action et de la réaction, et retrouva les lois de Kepler relatives au mouvement des planètes.

Huygens* reprit les études de Galilée sur le pendule, qu’il utilisa à la régulation des horloges, et en déduisit le théorème de l’énergie cinétique.