Les connaissances de Léonard de Vinci sur la gravité étaient de plusieurs siècles en avance sur son temps
Des ingénieurs du California Institute of Technology (Caltech/ États-Unis) ont découvert que Léonard de Vinci, qui a vécu de 1452 à 1519, a créé des expériences pour démontrer que la gravité est une forme d’accélération. Il a modélisé la constante gravitationnelle avec une précision d’environ 97 %, prenant ainsi une longueur d’avance dans l’exploration de ces concepts.
Ce n’est qu’en 1604 que Galilée a théorisé que la distance parcourue par un objet en chute libre était proportionnelle au carré du temps écoulé, et ce n’est qu’au XVIIe siècle qu’Isaac Newton a élargi le concept pour élaborer une loi de gravitation universelle. La principale limite de De Vinci était le manque d’outils permettant des mesures précises.
Ses expériences ont été repérées pour la première fois par l’ingénieur de Caltech Mory Gharib lorsqu’il travaillait avec le Codex Arundel, un ensemble de documents écrits par De Vinci qui couvrent la science, l’art et des sujets personnels. En 2017, Gharib donnait un cours lorsqu’il a remarqué une série de croquis de triangles générés par des particules semblables à du sable se déversant d’un bocal.
Une analyse plus poussée a montré que Vinci essayait en fait d’étudier la nature de la gravité et de l’accélération et que les triangles dans ses papiers étaient sa façon d’établir un lien entre la gravité et l’accélération. Gharib et son équipe ont décrit leur découverte dans une nouvelle étude (lien plus bas), recréant même une version moderne de l’expérience de Vinci.
Diagrammes des recherches menées par Léonard sur la gravité. (Gharib et col./ Leonardo)
Selon Gharib, auteur principal de cette étude et professeur d’ingénierie aéronautique et médicale :
Ce qui a attiré mon attention, c’est qu’il a écrit « Equatione di Moti » sur l’hypoténuse de l’un de ses triangles dessinés, celui qui était un triangle rectangle isocèle. Je me suis intéressé à ce que Léonard voulait dire par cette phrase.
Gharib s’est associé à ses collègues Chris Roh, aujourd’hui professeur adjoint à l’université Cornell, et Flavio Noca, de la Haute École spécialisée de Suisse occidentale à Genève. C’est Noca qui a fourni les traductions des notes italiennes de De Vinci, écrites dans son écriture miroir de gaucher qui se lit de droite à gauche.
De Vinci décrit une expérience dans laquelle un pot d’eau serait déplacé le long d’une trajectoire rectiligne parallèle au sol, en déversant de l’eau ou un matériau granulaire en cours de route. Il savait qu’ils ne tomberaient pas à une vitesse constante, mais qu’ils accéléreraient et que le matériau cesserait d’accélérer horizontalement, car il ne serait plus influencé par le bocal.
Si le bocal se déplace à une vitesse constante, la ligne créée par la matière qui tombe est verticale, et aucun triangle ne se forme. Mais s’il accélère à une vitesse constante, la ligne formera un triangle. Et, comme l’a souligné de Vinci, si le mouvement du bocal est accéléré au même rythme que la gravité accélère la matière qui tombe, cela crée un triangle équilatéral.
A partir de l’étude : simulation de l’expérience de Léonard. Une ligne est formée par l’ensemble des particules qui tombent (point bleu) et la trajectoire de quelques particules (ligne noire). Le bocal se déplace initialement à vitesse constante. La ligne verticale se déplace avec la jarre, car les particules et le bocal ont la même vitesse horizontale. Vers 0:04, l’accélération horizontale constante du bocal est égale en magnitude à l’accélération gravitationnelle. Les particules forment une diagonale à 45°. (Gharib et col./ Leonardo)
Mise en corrélation avec les travaux de De Vinci. (Gharib et col./ Leonardo/ Caltech)
De Vinci essayait de décrire mathématiquement cette accélération. Mais il n’a pas vraiment atteint son but, probablement en raison de l’absence de chronométrage précis et de calcul, que Newton a inventé plus tard. Pour approfondir le processus de Vinci, les chercheurs ont utilisé la modélisation informatique pour réaliser son expérience. Cela a permis de prouver qu’il avait commis une erreur, même si sa compréhension était fondamentalement correcte.
Les chercheurs ne savent pas si Vinci a réalisé d’autres expériences ou s’il a approfondi cette question. Toutefois, le fait qu’il ait travaillé sur ce problème au début des années 1500 montre à quel point sa réflexion était avancée. Ses carnets contiennent toutes sortes d’inventions qui anticipent des technologies futures, de la bicyclette au bateau à double coque.
L’étude publiée dans le journal Leonardo : Leonardo da Vinci’s Visualization of Gravity as a Form of Acceleration et présentée sur le site du California Institute of Technology : Leonardo da Vinci’s Forgotten Experiments Explored Gravity as a Form of Acceleration.