Les liens entre mathématiques et sciences physiques sont anciens et profonds. Ils se matérialisent de manière privilégiée sous la forme des courbes, trajectoires et autres lieux géométriques obtenus par l'expérience. Les coniques sont particulièrement présentes, et ce à toutes les échelles, du microscopique au macroscopique.

Les sciences physiques ont vocation à expliquer, voire à prévoir les phénomènes naturels. L’observation de ces derniers peut suffire à s’émerveiller. Leur explication remplit de satisfaction. Leur prédiction illumine… ou affole. Une autre source d’étonnement continu réside dans la formidable adéquation entre les mathématiques – qui ont leur vie propre – et la physique. Cette fructueuse rencontre entre les deux disciplines peut se faire à travers leurs courbes et leurs trajectoires. Comment une même courbe permet-elle de décrire des mouvements d’objets aussi divers que des particules électriquement chargées ou des planètes ? Comment un sinus peut-il si bien rendre compte des chemins empruntés par la lumière ?

 

Particules, projectiles et planètes

 

En sciences physiques, les coniques décrivent toutes les trajectoires… ou presque ! Que l’on modélise une planète ou une comète gravitant autour d’une étoile, un projectile peu soumis à des frottements, ou bien une particule chargée s’approchant d’une autre ou se déplaçant dans un champ électrique uniforme, la trajectoire obtenue est une conique.

Toute interaction mécanique modélisable par une force centrale est susceptible de conduire à une trajectoire elliptique, parabolique ou hyperbolique. On qualifie ainsi les forces dont la direction est la droite passant par les centres des deux objets O1 et O2 en interaction, c’est-à-dire ... Lire la suite


références

Dossier « Mathématiques et lumière ». Tangente 164, 2015.

Mathématiques et physique. Bibliothèque Tangente 69, 2020.

Un projectile en chute libre. Pierre Labarbe, Tangente Éducation 49, 2020.