Modélisation de la chute d'un corps
La chute des corps représente un problème classique en physique que nous pouvons résoudre grâce aux primitives mathématiques. Lorsqu'un objet n'est soumis qu'à son poids, on parle de chute libre - un mouvement parfaitement modélisable par les équations différentielles.
Pour étudier ce phénomène, nous devons définir un système, choisir un référentiel, faire le bilan des forces appliquées et projeter selon un axe du repère. C'est principalement la deuxième loi de Newton (le principe fondamental de la dynamique) qui nous permet d'établir l'équation différentielle décrivant le mouvement.
En mathématiques, une primitive d'une fonction réelle f est simplement une fonction F dont f est la dérivée. Ce concept devient particulièrement utile en physique car la résolution d'équations différentielles issues des lois du mouvement fait souvent appel aux primitives.
💡 Astuce pour le Grand oral : La chute des corps est un excellent exemple pour démontrer l'application concrète des primitives et peut constituer un sujet original qui lie mathématiques et physique.
L'histoire de cette modélisation remonte à Galilée qui, à la fin du 16ème siècle, étudiait la chute des corps depuis le sommet d'une église à Padoue. Face aux difficultés de mesure, il utilisa des plans inclinés et des clepsydres, découvrant ainsi que la vitesse d'un objet en chute ne dépend pas de sa masse - contredisant ainsi la théorie d'Aristote sur la chute des corps.
Au 17ème siècle, Newton formule la loi qui deviendra essentielle dans notre modélisation : l'accélération d'un corps est proportionnelle à la force appliquée et inversement proportionnelle à sa masse. Cette loi de chute des graves permet d'établir l'équation différentielle que nous résoudrons grâce aux primitives.