GRAVITATION

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La mesure de la constante de gravitation

La notion de constante de gravitation n’apparaîtra en fait que deux cents ans environ après la parution des Principia. La raison en est simple : il est plus fructueux de déterminer par le calcul des rapports entre quantités mesurables. Ainsi, la mesure de la déviation d’un fil à plomb entre une expérience effectuée sur une plaine et la même répétée au pied d’une montagne permet de déterminer le rapport de la masse de cette montagne à la masse de la Terre. Si on calcule la masse de la montagne en examinant sa composition (ce qui permet d’estimer sa densité) et sa géométrie (et donc son volume), on pourra avoir accès à la masse de la Terre. Cela ne nécessite nullement d’introduire la constante de gravitation. Les physiciens du xviiie siècle s’attacheront ainsi à déterminer la densité moyenne et la forme de la Terre, cette dernière étant due aux effets conjugués de la gravitation et des forces centrifuges résultant de la rotation de la Terre sur elle-même.

Les expériences pour déterminer la densité de la Terre menées par Henry Cavendish (1731-1810) en 1798 sont en fait la première mesure de la constante de gravitation. À la suite du révérend John Michell (1724–1793), mort avant d’avoir pu mener à bien son projet, Cavendish utilise la balance à torsion que le Français Charles Coulomb (1736–1806) avait inventée pour mesurer de faibles forces électrostatiques. Dans une cave et sous une caisse d’acajou, Cavendish installe avec soin une balance constituée par un fléau horizontal en bois suspendu en son centre par un fil fin de cuivre argenté, deux petites sphères de plomb étant placées aux extrémités du fléau. La différence des périodes d’oscillations (qui sont de l’ordre de 15 minutes) selon que les sphères sont ou non attirées par deux grosses sphères placées à proximité révèle l’amplitude de l’attraction gravitationnelle de ces sphères. La comparaison avec les périodes d’oscillation d’un pendule ve [...]

Balance de torsion utilisée par Henry Cavendish en 1798

Photographie : Balance de torsion utilisée par Henry Cavendish en 1798

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En 1785, le Français Charles Augustin Coulomb (1736-1806) met au point une balance de torsion destinée à mesurer des forces d'attraction faibles entre masses. La mesure est fondée sur l'oscillation des deux masses de plomb suspendues aux extrémités du fléau et de la torsion exercée sur les... 

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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « GRAVITATION », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/gravitation/