Pourquoi dit-on souvent que gravité et accélération “se ressemblent” ? Dans cet atelier, on s’imagine dans un ascenseur avec un pèse-personne. On observe ce que la balance indique quand l’ascenseur est à l’arrêt, puis lorsqu’il démarre vers le haut ou vers le bas. On découvre que ce n’est pas la vitesse qui compte, mais l’accélération. Cela permet de comprendre pourquoi la gravité et l’accélération produisent des effets très proches, et de faire le lien avec les notions de masse gravitationnelle et masse inertielle vues dans la rubrique Science & Nature, dans l’article « C’est quoi, la masse d’un objet ? ».

Une expérience dans l’ascenseur

On se place dans un ascenseur avec un pèse-personne sous les pieds. Imaginons ce qu’on lirait sur la balance dans différentes situations (inutile de le faire vraiment, c’est surtout une expérience de pensée) :

Ascenseur à l’arrêt (ou qui monte / descend à vitesse constante)

• La balance indique notre poids habituel.
• On ne ressent rien de particulier, comme si on était dans la salle de bain.

L’ascenseur démarre vers le haut

• Pendant le démarrage, on a l’impression d’être un peu “écrasé” vers le sol.
• La balance indique une valeur plus grande que d’habitude : on se sent plus lourd.

L’ascenseur démarre vers le bas

• Pendant le départ vers le bas, on a l’impression que le sol “nous lâche” un peu.
• La balance indique une valeur plus faible : on se sent plus léger.

Si l’ascenseur tombait en chute libre (heureusement ça n’arrive pas dans la vraie vie !), la balance afficherait… presque zéro : on serait en “apesanteur” à l’intérieur, comme les astronautes.

Que se passe-t-il exactement ?

La balance ne mesure pas directement la gravité, elle mesure la force exercée par le sol sur nos pieds.

• Quand l’ascenseur est à l’arrêt ou en mouvement rectiligne à vitesse constante, la seule cause de cette force vient de la gravitation : la Terre attire notre corps vers le bas, le sol nous “repousse” vers le haut, et la balance affiche notre poids normal.
• Quand l’ascenseur accélère vers le haut, il doit “pousser” notre corps plus fort pour l’emmener avec lui. La force exercée par le sol augmente, la balance affiche une valeur plus grande.
• Quand l’ascenseur accélère vers le bas, le sol nous “rattrape” moins fort. La force exercée par le sol diminue, la balance affiche une valeur plus faible.

Point important : ce n’est pas la vitesse qui change la lecture de la balance, mais l’accélération (le moment où l’ascenseur commence ou cesse de bouger, ou change de rythme).

Gravité ou accélération : comment les distinguer ?

Dans cet ascenseur fermé, sans fenêtre :

• Si la balance affiche ton poids normal, impossible de savoir si tu es au repos sur Terre ou si tu te trouves dans un vaisseau spatial qui accélère vers le haut avec la bonne valeur.
• Si la balance affiche plus que ton poids normal, tu ne sais pas si c’est parce qu’il y a plus de gravité (par exemple sur une planète plus massive que la Terre) ou parce que ton ascenseur (ou ton vaisseau) accélère vers le haut.
• Et si la balance affiche presque zéro, tu ne sais pas si tu es loin de toute planète (gravité très faible) ou en chute libre.

Pour l’observateur enfermé, une accélération peut donc donner les mêmes sensations qu’une variation de gravité : c’est pour cela qu’on dit qu’elles sont “similaires”.

Petit lien avec masse gravitationnelle et masse inertielle

Dans notre article de Science & Nature, intitulé « C’est quoi, la masse d’un objet ? », nous avions distingué :

• La masse gravitationnelle : celle qui mesure à quel point un objet “répond” à la gravité (à quelle force il est attiré par la Terre).
• La masse inertielle : celle qui mesure à quel point un objet résiste aux changements de mouvement (accélérations, freinages).

Dans l’expérience de l’ascenseur :

• La gravité tire notre corps vers le bas en fonction de sa masse gravitationnelle.
• L’ascenseur doit nous accélérer en fonction de notre masse inertielle.

Or, ce que nous montrent la balance et nos sensations, c’est que ces deux masses se comportent comme si elles étaient identiques. C’est ce “miracle” qui fait que gravité et accélération produisent des effets très proches, au point qu’un observateur enfermé dans un ascenseur ou un vaisseau ne peut pas toujours savoir d’où vient exactement ce qu’il ressent.

En résumé : quand on sent qu’on est “écrasé” ou au contraire “allégé”, ce n’est pas toujours parce que la gravité change. Parfois, c’est simplement parce qu’on est en train d’accélérer. Gravité et accélération font équipe pour jouer avec notre poids apparent !

Teste ce que tu as retenu !