Isaac Newton
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Le génie britannique qui a expliqué le mouvement et la gravité
Intro
Isaac Newton était un célèbre physicien et mathématicien anglais, surtout connu pour avoir inventé le calcul moderne et les théories fondamentales sur la gravité qu'il a exposées dans Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle), largement considéré comme l'ouvrage de physique le plus influent jamais écrit. Plus important encore, Newton a contribué à faire passer l'approche scientifique dominante de l'époque de l'inquisition qualitative à l'analyse quantitative.
Newton est devenu un nom familier que l'on associe le plus souvent au "mythe de la pomme". L'histoire raconte qu'il a eu l'idée d'explorer la gravité en remarquant la direction que prenait une pomme qui tombait après avoir heurté sa tête. Si les détails de cette histoire sont contestés, les contributions fondamentales de Newton aux domaines des mathématiques, de l'astrologie, de la physique et de l'optique ne le sont pas. Il est essentiel de comprendre leur influence et le rôle de Newton dans la transformation de la nature de la recherche scientifique pour saisir l'histoire de la science d'aujourd'hui.
La meilleure et la plus sûre façon de philosopher semble être d'abord d'enquêter diligemment sur les propriétés des choses, et d'établir ces propriétés par des expériences, puis de procéder lentement à des hypothèses pour l'explication de ces propriétés. En effet, les hypothèses ne doivent servir qu'à expliquer les propriétés des choses, et non à les déterminer, sauf dans la mesure où elles peuvent fournir des expériences.
- Isaac Newton dans une lettre à Gaston Pardies, un jésuite français
Les trois lois du mouvement et la théorie de la gravité - une explication mathématique de la façon dont les objets se déplacent
En 1687, Newton a publié Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, ou Principia comme on l'appelle plus communément. Les Principia contiennent ses théories du mouvement et de la gravité. Les trois lois du mouvement de Newton sont les suivantes :
- Tout objet reste dans son état de repos ou de mouvement uniforme à moins d'être perturbé par une force extérieure. Une voiture, par exemple, s'arrête lorsqu'elle heurte un arbre, mais les objets et les personnes qui s'y trouvent continuent de se déplacer jusqu'à ce qu'ils soient soumis à une force extérieure, comme un airbag.
- La force est égale à la masse multipliée par l'accélération. Cela explique pourquoi une voiture dotée d'un moteur plus puissant, qui produit plus de force, sera plus rapide qu'une voiture dotée d'un moteur moins puissant. Cela explique également pourquoi une voiture plus lourde a besoin de plus de force pour rouler à la même vitesse qu'une voiture plus légère.
- Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Par exemple, une fusée produit une force de recul par l'expulsion de gaz. Cela la propulse vers le haut.
Ces lois ont été découvertes dans le cadre de l'étude plus large de la gravité menée par Newton, qui a abouti à sa théorie de la gravitation universelle. Selon cette théorie, la gravité est une force universelle et prévisible qui agit sur toute matière. Elle est également fonction de la masse et de la distance. Pour Newton, la gravité se présente comme suit : des particules de matière attirent d'autres particules avec une force proportionnelle à leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
"De même qu'en mathématiques, de même en philosophie naturelle, l'étude des choses difficiles par la méthode de l'analyse devrait toujours précéder la méthode de la composition. Cette analyse consiste à faire des expériences et des observations, à en tirer des conclusions générales par induction, et à n'admettre d'autres objections contre ces conclusions que celles qui sont tirées des expériences ou d'autres vérités certaines. Car les hypothèses ne sont pas à consi
dérer dans la philosophie expérimentale".
- Isaac Newton dans son livre Optic
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Newton a été le premier à étudier la gravité et le mouvement de cette manière. Il a toutefois reçu une certaine aide en cours de route. À l'origine, Newton n'avait appliqué sa conception de la gravité et du mouvement qu'aux phénomènes qu'il avait observés sur Terre. Mais en 1679, un autre scientifique anglais
Le professeur Hooke lui a suggéré d'appliquer ses théories au mouvement des planètes. Newton a ensuite utilisé sa conception de la gravité et du mouvement pour comprendre la façon dont les planètes orbitent. Cela lui a également permis de calculer la masse des planètes et de comprendre comment l'attraction gravitationnelle du soleil crée les marées sur Terre.
Le cadre théorique de Newton a constitué la base de la mécanique classique (l'étude du mouvement des objets) jusqu'à ce qu'Albert Einstein établisse sa théorie de la relativité générale. Les lois du mouvement de Newton sont encore utilisées aujourd'hui pour calculer et décrire le mouvement de nombreux phénomènes physiques. De plus, pour expliquer ses théories du mouvement et de la gravité, Newton a créé une nouvelle forme de mathématiques qu'il a appelée "fluxions". Aujourd'hui, on l'appelle le calcul, qui s'est avéré inestimable pour les ingénieurs, les scientifiques et les mathématiciens depuis lors.
En combinant ses théories du mouvement et de la gravité avec le calcul, Newton a proposé une explication qualitative unifiée pour divers phénomènes physiques. En outre, les méthodes rigoureuses de preuve et d'enquête indicative que Newton a employées dans les Principia ont placé la barre plus haut pour l'analyse scientifique. Les contributions substantielles et méthodologiques de Newton ont rendu la méthode scientifique plus précise et nous ont aidés à comprendre le monde physique qui nous entoure.
"Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite, sauf dans la mesure où il est contraint de changer d'état par des forces imprimées
.
- Isaac Newton dans son livre The Principia : Principes mathématiques de la philosophie
naturelle
Le télescope réflecteur - un instrument qui nous aide à voir à distance
Newton n'a pas été le premier à inventer le télescope, mais il a été le premier à construire un télescope réflecteur - celui que nous utilisons aujourd'hui. Avant Newton, les télescopes réfracteurs étaient la norme. Ils utilisaient des lentilles de verre pour changer la direction de la lumière (c'est-à-dire la réfraction) afin d'agrandir la vue. Les télescopes réfracteurs présentent plusieurs inconvénients, dont une zone de couleur floue qui entoure souvent l'objet mis au point.
Au lieu d'utiliser des lentilles réfléchissantes en verre, le télescope de Newton utilisait des miroirs qui renvoyaient une image agrandie à l'œil. Comme il ne devait utiliser qu'un petit miroir pour faire rebondir l'image, au lieu de divers filtres en verre, Newton a pu construire un télescope beaucoup plus petit et plus pratique, qui évitait le halo de distorsion des couleurs qui affectait les télescopes à réfraction. Son premier modèle mesurait 6 pouces de long et pouvait grossir les objets de 40 fois. Les télescopes à réfraction de l'époque étaient généralement moins puissants et 10 fois plus grands.
"Si j'ai rendu service au public de cette façon, c'est grâce à l'industrie et à une réflexion patiente.
- Isaac Newton dans une lettre au théologien anglais Richard Bent
ley
Newton a développé le télescope pour l'aider à étudier l'optique et à établir une théorie de la lumière. Cependant, les "télescopes newtoniens", comme on les appelle souvent, sont encore largement utilisés aujourd'hui. Leur conception relativement simple a permis de réduire le coût des télescopes et de les rendre plus accessibles au public. L'invention du télescope à réflexion par Newton a permis à des scientifiques de tous horizons d'observer des phénomènes à distance. Cette capacité a eu un impact particulièrement profond sur la prise de décision dans les domaines de l'astrologie et de la zoologie.
Biographie historique
Newton est né dans la ville anglaise de Woolsthorpe en 1642. Sa famille possédait une ferme, et sa mère l'a retiré du lycée à l'âge de 12 ans pour qu'il y travaille. Newton n'aime pas l'agriculture et est finalement renvoyé à l'école pour y terminer sa scolarité. Encouragé par son beau-père, Newton s'inscrit à un programme d'alternance au Trinity College de l'université de Cambridge, où il sert des tables et nettoie les chambres de la résidence pour couvrir ses frais.x3
"J'ai présenté des principes de philosophie qui ne sont cependant pas philosophiques mais strictement mathématiques, c'est-à-dire ceux sur lesquels l'étude de la philosophie peut se fonder. Ces principes sont les lois et les conditions des mouvements et des forces, qui se rappo
rtent particulièrement à la philosophie.
- Isaac Newton dans son livre The Principia : Principes mathématiques de la philosophie
naturelle
Comme les autres étudiants de l'époque, Newton suit un cursus fondé sur la philosophie aristotélicienne. Mais Newton est attiré par les travaux de penseurs du XVIIe siècle tels que René Descartes, qui considère la réalité comme une machine complexe composée de particules en mouvement. Son intérêt pour la philosophie moderne se traduit par des résultats scolaires médiocres, mais conduit également Newton à rédiger une série de notes appelées "Quaestiones Quaedam Philosophicae" ("Certaines questions philosophiques"). Ces "questions" ont donné naissance à une nouvelle conception de la nature qui a servi de cadre à la révolution scientifique.
En 1665, un an plus tard, Newton reçoit son diplôme de bachelier. C'est cette même année que la peste bubonique ferme l'université et l'oblige à rentrer chez lui pendant deux ans. Pendant cette période, Newton contribue à jeter les bases du calcul moderne. En 1667, Newton obtient une bourse au Trinity College et commence sa carrière officielle de chercheur.
"En philosophie expérimentale, les propositions tirées des phénomènes par induction doivent être considérées comme exactement ou presque vraies, nonobstant toute hypothèse contraire, jusqu'à ce que d'autres phénomènes rendent ces propositions plus exactes ou susceptib
les d'exceptions.
- Isaac Newton dans son livre The Principia : Principes mathématiques de la philosophie
naturelle
Dans les années qui ont suivi, Newton s'est surtout fait connaître pour ses théories de la gravité et du mouvement, ainsi que pour ses travaux dans le domaine de l'optique. L'innovation la plus marquante de Newton dans le domaine de l'optique à l'époque a été l'invention du télescope. Il a conçu et construit un télescope réflecteur en 1668 pour faire avancer sa théorie de la lumière et de la couleur. Cela lui a valu d'être nommé membre de la Royal Society en 1671.
En 1678, à la suite de diverses attaques contre sa théorie de l'optique et de la mort de sa mère, Newton fait une dépression nerveuse et se retire de la vie publique pendant six ans. Pendant cette période d'isolement, il développe sa théorie de l'optique et commence à élaborer une théorie de la force. Ces théories ont ensuite été incluses dans Principia, sa publication la plus célèbre, qui comprend ses théories du mouvement et de la gravité. Après sa publication en 1687, Newton a acquis une renommée internationale.
Fait amusant : Newton avait la réputation d'être combatif avec les autres universitaires. Il a eu un long conflit avec Robert Hooke, qui pensait que Newton avait copié certains de ses travaux. Cette thèse a été réfutée par la suite. Newton s'est également battu avec le mathématicien allemand Gottfried Leibniz pour savoir qui était le premier à avoir découvert le calcul. Bien qu'une enquête menée à l'époque ait accrédité Newton, il a été établi par la suite que les deux mathématiciens avaient apporté des contributions tout aussi importantes l'un que l'autre.
"Les qualités des corps, qui n'admettent ni intension ni rémission de degrés, et qui se trouvent appartenir à tous les corps à la portée de nos expériences, doivent être considérées comme les qualités universelles de tous les corps qu
els qu'ils soient".
- Isaac Newton dans son livre The Principia : Principes mathématiques de la philosophie
naturelle
Ouvrages publiés
Les lois de Newton
Cette conférence, donnée par le professeur Raymond Flood, donne un aperçu de la vie de Newton, ainsi qu'un aperçu plus approfondi de ses lois du mouvement et de leurs applications aujourd'hui.
La vérité sur la peste productive d'Isaac Newton
Un regard plus approfondi, mais critique, sur l'isolement productif de Newton pendant la peste, au cours duquel il prétend avoir contribué à l'invention du calcul moderne.
La loi universelle de la gravitation de Newton
Un article de journal qui explique de manière intelligible la théorie de la gravité de Newton et ses contributions à la science moderne.