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Chute libre

Une chute libre est un mouvement uniformément accéléré, sous l'effet de la seule pesanteur. En d'autres mots, un objet en chute libre est soumis à une seule force : son poids.

Dans cette définition ainsi que dans les exemples pratiques, on suppose que les éventuels frottements, par exemple de l'air, qui donneraient lieu à d'autres forces agissant sur le corps, sont négligeables.

Exemples de chutes libres :

• un objet tombant à proximité de la Terre,
• la Lune ou un satellite orbitant autour de la Terre,
• un ascenseur dont on aurait coupé le câble de suspension,

Par opposition, des cas où d'autres forces que la pesanteur sont également présentes et doivent être prises en compte pour décrire le mouvement de l'objet, sont présentées ci-après :

• objet reposant sur une surface, par exemple horizontale : cas pour lequel la force exercée par cette surface compense le poids et agit de telle sorte que la force totale force résultante soit nulle, ne communiquant pas d'accélération à l'objet,
• avion ou feuille de papier planant : des systèmes dans lesquels les forces de friction exercées par l'air sur l'objet jouent un rôle fondamental (pour l'avion) ou non négligeable (pour feuille de papier)

La trajectoire empruntée par l'objet en chute libre dépend de ses conditions initiales. Par exemple, un objet laché à proximité de la Terre et avec une vitesse nulle d'une certaine altitude, tombera en ligne droite, verticalement vers la Terre. Dans un tel cas, la composante verticale de sa vitesse est nulle, tout comme la composante horizontale de sa vitesse. Le même objet laché ou lancé avec une composante de sa vitesse horizontale non nulle décrira une trajectoire parabolique. Si la vitesse initiale est appropriée, c'est-à-dire à la bonne valeur et la bonne orientation étant donnée la position initiale, la trajectoire peut être circulaire, comme elle l'est pour un satellite ou la Lune (en première approximation).

Le notion de chute libre est employée dans les tours d'impesanteurs, les avions en vol parabolique ou les systèmes en orbite pour simuler et étudier l'absence de gravité.

Dans des systèmes en chute libre simples, les objets n'ont pas de poids apparent et flottent librement les uns par rapport aux autres.

La notion de chute libre est souvent abordée au cours de physique, et il est parfois difficile pour les élèves de comprendre que la Lune ou un satellite « tombe » en permanence vers la Terre, comme un objet. De même, un objet, même lancé vers le haut, est bien en chute libre au sens de la définition ci-dessus, car il n'est soumis qu'à une force, son poids (si les forces de frottements sont bien négligeables)

Vision relativiste

Dans la théorie de la relativité générale, la gravitation n'est pas une force ; de fait, la chute libre est donc un mouvement qui s'effectue en l'absence de toute force. C'est le mouvement « naturel » d'un objet, et au contraire lorsque cet objet est posé sur le sol, c'est l'action du sol qui accélère l'objet vers le haut, empêchant ainsi la chute libre.

Cette théorie appelle « référentiel en chute libre » un objet en chute libre dont les directions sont données par des gyroscopes.

Si l'on considère deux référentiels en chute libre qui se « rencontrent », alors ces deux référentiels sont équivalents au moment de leur rencontre et au point de leur rencontre (c'est-à-dire localement). Par exemple, si la trajectoire d'un satellite habité sur orbite croise (frôle) celle d'une capsule piquant vers le sol (s'apprétant à effectuer sa rentrée dans l'atmosphère), alors les phénomènes sont observés de la même manière pour chacun des occupants.

Voir aussi :

• Liste des articles relatifs à l'astronautique