Vis viva

En histoire des sciences, vis viva (force vive en latin) est un concept obsolète qui servit de première et d'élémentaire formulation de la conservation de l'énergie. Elle peut être considérée comme une sorte d'énergie cinétique ou d'énergie reliée au mouvement des objets.

Proposée par Gottfried Leibniz pendant la période 1676-1689, la théorie est controversée car elle semble contredire le principe de conservation de la quantité de mouvement promue par Isaac Newton et René Descartes. Mais c'est du fait de l'absence de notion de vecteur à l'époque, il fallait effectivement prendre la norme des vecteurs au carré pour avoir un résultat correct (théorème de Pythagore).

Les deux théories sont maintenant considérées comme complémentaires et la notion de force vive est intégrée dans l'acception moderne de l'énergie bien que le concept conserve une actualité en mécanique céleste par le biais de l'équation de la force vive (en).

En détail

Bien que les anciens philosophes, tels que Thales de Milet aient eu l'intuition d'une loi de conservation de l'énergie, c'est l'allemand Gottfried Wilhelm von Leibniz qui en proposa la première formulation mathématique entre 1676 et 1689. Leibniz remarqua que dans de nombreux systèmes mécaniques (contenant plusieurs masses m_i de vitesse v_i) la quantité :

$\sum_im_i v_i^2$

était conservée. Il appela cette grandeur vis viva ou force vive du système. Cependant de nombreux physiciens, influencés par le prestige de Isaac Newton en Angleterre et de René Descartes en France, qui tout deux défendaient le principe de conservation de la quantité de mouvement, considéraient que la grandeur :

$~\sum_im_i \mathbf{v}_i$

étaient la force vive conservée. Ce furent essentiellement des ingénieurs comme John Smeaton, Peter Ewart, Karl Hotzmann, Gustave-Adolphe Hirn ou Marc Séguin qui objectèrent que la seule conservation de la quantité de mouvement ne menait pas aux résultats attendus et qui firent les premiers usages du principe formulé par Leibniz. Ce principe fut également défendu par le chimiste William Hyde Wollaston.

Des scientifiques éminents tels que John Playfair furent prompts à remarquer que la force vive n'était pas exactement conservée. C'est maintenant une évidence en raison de l'analyse moderne due à la thermodynamique, mais au XVIIIe et XIXe siècle, le devenir de l'énergie perdue était encore inconnu. Graduellement apparut l'idée que la chaleur générée par le mouvement était une autre forme de force vive. En 1783, Antoine Lavoisier et Pierre-Simon Laplace exposèrent deux théories concurrentes : celle de la vis viva et celle de la théorie du calorique. En 1798, les observations de Rumford sur la génération de chaleur durant l'alésage des canons renforça le principe de la transformation de la force vive en chaleur. La vis viva commença à être appelée énergie, après que le terme a été utilisé pour la première fois par Thomas Young en 1807.

La redéfinition de la vis viva en

$\frac12\sum_im_iv_i^2$

fut la conséquence de travaux de Gaspard-Gustave Coriolis et Jean-Victor Poncelet sur la période 1819-1839. Le premier appelait la grandeur quantité de travail et le deuxième travail mécanique, et les deux l'utilisèrent dans les calculs d'ingénierie.

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Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Vis viva » (voir la liste des auteurs)
• (en)VIS VIVA REVISITED Mary Terrall University of California at Los Angeles Hist. Sci., xlii (2004)
• (en) George E. Smith, « The Vis Viva Dispute: A Controversy at the Dawn of Dynamics », Physics Today 59 (October 2006) Issue 10 pp 31-36. (voir aussi l'erratum)