X PRÉFACE DE L'AUTEUR

pour eux les plus intéressantes. Quelques-unes d’entre elles sont si simples qu’elles réussissent du premier coup; d’autres le sont moins; pour encourager ceux qui désirent voir par eux-mêmes les expériences que J'ai décrites, j'ai donné, à la fin du volume, quelques indications qui pourront leur être utiles.

J'ai fait libre usage des publications de plusieurs savants éminents, parmi lesquels je citerai Savart, Plateau, Clerk Maxwell, Sir William Thomson, Lord Rayleigh, M. Chichester Bell et le professeur Rücker. Les expériences ont été, pour la plupart, décrites par eux; jen ai imaginé ou arrangé quelques-unes. Je dois de vifs remerciements au professeur Rücker, qui a mis à ma disposition, pour

ces conférences, les ressources de son laboratoire.

Cnarzes-Vernon Boys,

Expériences préliminaires.

[Il n’en est aucun parmi vous qui nait soufflé des bulles de savon, et, tandis qu'il admirait la perfection de leur forme et le merveilleux éclat de leurs couleurs, ne se soit étonné qu'avec si peu de peine on puisse se procurer un aussi beau spectacle. Je me propose de vous montrer qu’une

simple bulle de savon nous fournit de multiples

enseignements. Votre intérêt pour cet admirable objet grandira, je pense, à mesure que vous le

connaîtrez mieux.

Quelques-uns d’entre vous désirent peut-être savoir pourquoi j'ai choisi les bulles de savon comme sujet de ces leçons ; je vais vous le dire. Bien qu’un grand nombre de sujets puissent attirer davantage un commençant, il en est peu qui se rapportent aussi directement à ce que nous voyons Journellement. Nous ne pouvons verser de l’eau d’une carafe, du thé d’une théière, nous ne pouvons, en un mot, faire quoi que ce soit avec un liquide sans mettre en jeu les forces dont nous allons nous occuper. Vous ne manquerez pas d’être fréquemment remémorés à ce que vous allez voir el entendre, et, ce qui est plus important, la plupart des expériences que je vais-vous montrer sont si simples que vous pourrez les répéter sans aucun appareil, et vous y trouverez plus de plaisir qu’à les voir faire,

Si je vous demandais pourquoi je désire vous montrer des expériences, vous me répondriez sans doute que c’est pour rendre ces leçons moins ennuyeuses; ce n’est pas la seule raison. Lorsque nous voulons nous instruire sur un fait que nous ne connaissons pas; nous pouvons chercher la réponse dans les livres ou la demander à une personne qui est à même de nous renseigner; ou bien

nous pouvons découvrir pour notre comple ce que

nous voulons savoir; c’est le seul moyen que nous ayons à notre disposition lorsque personne ne peut nous répondre.

Une expérience est une question posée à la Nature, qui est toujours prête à donner une réponse correcte, à la condition que la question soit ellemême correctement posée. Ce n'est pas un escamotage, ni rien qui doive donner l’idée du merveilleux; celles que je ferai devant vous ont surtout pour but de vous faire connaître les vraies ré-

ponses aux questions que je poserai.

Je commencerai par une expérience que vous avez faite maintes fois : lorsqu'on veut coller ensemble les poils d’un pinceau, de manière à obtenir une pointe fine, on le trempe dans l’eau, et lon pense que les poils adhèrent les uns aux autres parce qu’ils sont mouillés. Or, en y regardant de plus près, nous voyons que, tant que le pinceau reste plongé dans l’eau, les poils demeurent séparés (fig. 1); humidité ne suffit donc pas à les agglomérer, et nous devons avoir recours à une autre raison Que nous ne Connaissons pas encore.

Mais nous allons nous rapprocher de la véritable explication du phénomène. Je fais écouler lente-

ment de l'eau par un tube étroit; elle ne tombe pas

d'une manière continue : une goutte se forme, elle

croit peu à peu jusqu'à ce qu’elle ait atteint une

certaine grosseur définie, puis elle se détache subitement. Le fait que la goutte a toujours la même grandeur et la même forme ne peut pas être dû au hasard ; il ya, pour cela, une raison constante. Pourquoi l’eau demeure-:t-elle un instant à l’orifice? Elle est lourde et prête à tomber, mais elle ne se sépare du tube que lorsque les forces qui la retenaient ont élé vaincues par le poids de la goutte, comme si

elles ne pouvaient pas en porter davantage.

soutte d’eau ont

Les formes successives d’une g

été dessinées par M. Worthington, et sont représentées dans la /ig. 2. La vue de ce diagramme : 5

suggérera probablement l'idée que l’eau est retenue

par un sac élastique, qui se déchire lorsqu'il ne peut plus supporter son poids.

Il est aisé de voir, par une analogie matérielle, que cela n’est pas un simple jeu de l’imagination. Ün anneau de bois suspendu à un trépied (fig. 3) supporte une mince feuille de caoutchouc dans laquelle je fais arriver graduellement de l’eau; le caoutchouc se tend peu à peu, etil est remarquable de voir que cette outre réelle prend les formes successives de la goutte d’eau. En continuant à verser de l’eau, on voit que le sac se tend au point d’être près de crever; sa forme change subitement, il s’étrangle et prend exactement la forme de la goutte au moment où elle va tomber; la force de la mem-

brane de caoutchouc la retient cependant. En aspi-

rant l’eau au moyen d’un siphon, nous voyons

En à

de

ï ja

l’outre repasser par toutes les formes de la goutte

d’eau.

Dans l’un des cas, nous avons un sac élastique

LA TENSION SUPERFICIELLE. 5 bien visible; dans l’autre, nous n’en voyons pas; mais, comme les deux gouttes, la grosse et la petite, se comportent exactement de la même facon, nous sommes autorisés à conclure que leurs formes et leurs mouvements sont dus à la même cause.

L'observation faite avec le pinceau devient aisée à expliquer; nous avons vu que ce n'est pas l’eau qui force les poils à s’agglomérer; il faut, pour cela, que le pinceau soit hors de l’eau, c’est-à-dire que la pellicule élastique, qui se trouve à la surface, entoure les poils et les rassemble.

D'autres expériences vont confirmer notre hypothèse d’après laquelle l’eau se comporte comme si elle était entourée d’une pellicule élastique.

Voici un appareil (/ig. 4) composé d’une boule creuse en verre, surmontée d’une tige de métal qui supporte un petit carré de toile métallique. Le tout est lesté de telle sorte que la toile se trouve entièrement hors de l’eau, Si notre hypothèse est exacte, la pellicule de l’eau doit résister au passage de la toile, que je maintiens au-dessous de la surface; au moment où j'abandonne le flotteur, celui-ci, au lieu de bondir comme il ferait sans la présence du carré de toile, reste partiellement immergé par l’adhérence du réseau à la surface de l’eau. Si je courbe

un coin du morceau de toile, de facon à déchirer la

pellicule, le flotteur se soulève aussitôt jusqu’à son premier niveau; le petit drapeau qui surmonte

l'appareil rend ces mouvements visibles à tout l’au-

Fig. 4.

ditoire; pour ramener la toile au niveau de l’eau, je

suis obligé de la charger de 8 grammes (se L'existence de cette sorte de membrane super-

ficielle des liquides nous est démontrée par d’autres

observations. Le fil métallique propre est mouillé

(*) Cette expérience est due à M. van der Mensbrugghe

par l’eau; d’autre part, il est certaines matières, la paraffine par exemple, qui ne sont pas mouillées, c’est-à-dire touchées par l’eau; en effet, lorsqu'on plonge dans l’eau une bougie de paraffine, elle en sort sèche. J’ai tendu sur un cadre un petit crible

à mailles assez larges pour laisser passer une épingle

de moyenne grosseur; les trous sont au nombre de 11000 environ. J'ai trempé le crible dans de la paraffine fondue, puis je l’ai secoué de manière à ce que cette substance, tout en recouvrant le fil, laisse les trous vides, comme vous pouvez vous en convaincre en regardant la projection agrandie d’une partie du fond sur l’écran. Si je verse de l’eau dans le crible, la pellicule que nous supposons exister se tendra sur les trous, et ne per-

meltra à l’eau de passer que si elle se déchire.

Pour briser le choc de l’eau, je dispose au fond du crible un morceau de papier, sur lequel je verse le contenu d'un grand verre (/ig. 5); j'enlève le papier et rien ne s'écoule. Si, maintenant, je donne à ce vase d’un nouveau genre une brusque secousse, de manière à distendre la membrane de l’eau, il se vide en un instant. Vous voyez que rien n’est plus facile que de porter de l’eau dans un crible ; il suffit, pour cela, d'empêcher le liquide

d’en mouiller les mailles (

Pour la même raison, le crible flotte sur l’eau, à la manière d’un bateau, et peut être chargé sans couler à fond. Il possède même, sur les bateaux ordinaires, une certaine supériorité, en ce sens que l’on peut y laisser tomber un filet d’eau sans le submerger. Le liquide passe à travers les mailles, et rejoint celui qui est à l’extérieur.

(‘) Ce principe a reçu une application importante dans Ja fabrication d’étoffes qui laissent passer librement l'air et la vapeur d’eau, mais qui sont imperméables à l’eau. On souffle aisément une bougie à travers un morceau de toile ainsi préparée, qui, en revanche, plié en forme de sac, retient indéfniment l’eau qu'on y met.

On peut, ainsi que M. F. de Romilly l’a montré, faire bouillir de l’eau dans une cloche dont le fond est constitué par de la

gaze à mailles assez larges. (Note du Trad.)

Ascensions et dépressions capillaires.

Dans les tubes étroits, les liquides se comportent d’une façon particulière. Lorsqu'on plonge dans l’eau un tube de verre de faible diamètre, le liquide s'élève dans le tube au-dessus du niveau extérieur; sa peau élastique s’attache à la surface du verre, et attire l’eau jusqu'à ce que le poids soulevé devienne égal à la force exercée par la pellicule. Si l’on prend un tube deux fois plus large que le premier, la force de traction qui s'exerce sur tout le pourtour est doublée; mais le tube large contient, pour une même hauteur, quatre fois plus de liquide que le tube étroit; pour une hauteur moitié moindre, il en contient encore le double ; on en conclut que l’eau doit monter dans le tube large deux fois moins haut que dans le tube étroit ou, généralement, que l'ascension du liquide est invérsement proportionnelle au diamètre du tube, ce que l’expérience vérifie (/ig. 6). Dans un tube de la grosseur d’un cheveu, l’eau s'élève à une grande hauteur ; c’est pour cétte raison que l’action dont nous nous occupons se nomme capillartité, du mot latin capillus, un cheveu.

On obtient un effet analogue à celui que nous

avons constaté dans des tubes de divers diamètres, en plaçant l’une contre l’autre deux plaques de

verre, que l’on met en contact le long d’un bord,

Fig. 6.

tandis qu’on les sépare de l’autre côté au moyen d’une petite cale. Les plaques sont maintenues ensemble par une charnière, ou, plus simplement, par un anneau de caoutchouc. Lorsqu'on plonge les plaques dans l’eau, en plaçant verticalement l’arête de contact, on voit le liquide s’élever entre elles, en dessinant une courbe très régulière, qui

rejoint le niveau extérieur à l’endroit où les plaques

sont le plus éloignées ( /ig. 5). Le poids du liquide soulevé étant en tout point le même, l’ordonnée de cette courbe est inversement proportionnelle à la

distance des plaques, ou, si l’on veut, inversement

Lig. 7.

proportionnelle à la distance du bord de contact. C’est la condition qui définit une courbe très importante que l’on nomme l’hyperbole équilatère.

Si les plaques ou les tubes étaient formés par des substances non mouillées par l’eau, l'effet de la tension superficielle eût été d’expulser le liquide des espaces étroits, d'autant plus qu'ils seraient moins larges; il n’est pas facile de montrer ce phénomène au moyen d’un tube paraffiné; mais on arrive au même résultat en se servant dun liquide

vel que le mercure, qüi ne mouille pas le verre; le mercure élant opaque, on ne pourrait pas monter, par projection, la dépression du liquide, et il faut employer un autre dispositif. Je place une cer-

taine quantité de mercure dans un appareil formé

par un tube large et un tube étroit qui communiquent entre Eux; le niveau, dans le tube étroit, est sensiblement plus bas que dans le tube large, tandis que l'inverse se produit lorsqu'on met de

l’eau dans un appareil semblable (fig. 8).

Actions latérales éxercées par les forces capillaires.

Il est intéressant d'étudier les forces qui agissent

sur deux plaques partiellement immergées dans un

liquide. Considérons d’abord deux plaques parallèles, entre lesquelles se produit une ascension du liquide (fig. 9); les portions qui sont pressées par l’eau des deux côtés, comme celles qui sont entièrement dans l'air, sont soumises de part et d’autre

à des forces égales; mais l’eau qui se trouve entre

Fig. 9.

les plaques, au-dessus du niveau général CB, est soumise à la traction de la membrane À, qui se. transmet aux plaques et les sollicite l’une vers l'autre. Il est aisé de montrer ce fait, soit avec des plaques suspendues librement à une charnière (fig. 10), soit, par exemple, en plaçant sur l’eau de petites boules creuses en verre, qui se précipitent l’une contre l’autre aussitôt qu’on les laisse libres de se mouvoir.

Lorsque les deux boules sont paraffinées, elles

s’altirent de même, ce que l’on comprend aisément

par la seule inspection du diagramme. En comparant les deux cas précédents, on voit qu’une plaque mouillée s’avance vers le niveau le plus élevé, tan-

dis qu'une plaque non mouillée cherche à gagner

le niveau le plus bas, lorsque, par l'effet des forces

capillaires, le liquide est dénivelé. Si l’on met en regard une plaque mouillée et une plaque non

mouillée, elles agissent en sens contraire sur l’es-

pace intérieur, de manière à produire, dans une mesure moindre, les effets que l’on constaterait si les plaques étaient isolées. À l'extérieur, l’action

s'exerce sans perturbation; la plaque mouillée

tendra donc à s'échapper vers l’extérieur où le ni- PI

veau est le plus élevé ; pour une raison inverse, le

même phénomène se produit pour la plaque non

mouillée.

Il est important de remarquer que, lorsque le liquide mouille la plaque, sa surface est concave, tandis qu’elle est convexe dans le cas contraire; une expérience très simple montre que cette courbure exerce une influence prépondérante. Je plaçe, dans un bocal à moitié rempli d’eau, un petit globe de verre qui flotte à la surface. Il se précipite vers les parois du bocal, et il est impossible de le maintenir au milieu. J'ajoute graduellement de l’eau jusqu’à ce que la surface s’élève par-dessus les bords du verre en prenant une forme convexe; le globe gagne le centre, et il estimpossible de le faire tenir au bord ; le phénomène inverse s’observe avec une boule paraffinée, ou avec une aiguille d’acier posée avec précaulion sur la surface de l’eau ; lorsque le verre est plein, elle gagne le bord et roule sur la surface. Un phénomène identique à celui qui se produit avec les corps mouillés s’observe, ainsi que Mariotte l’a déjà indiqué, avec les bulles qui flottent

à la surface du liquide.

Valeur de la tension superficielle.

La pellicule d’un liquide possède une force bien définie; pour l’eau, cette force est de 5,6 milligrammes par millimètre, ainsi que l’ont montré des mesures délicates.

Il ne saurait être question, dans cette conftrence, de mesurer la valeur de cette force; mais nous pouvons voir aisément qu'elle n’est pas la même pour tous les liquides. Au moyen du tube que nous avons employé au début, nous pouvons former des gouttes en nous servant d'alcool;

celles-ci ont toutes la même grandeur, et sont ma-

nifestement plus petites que les gouttes d’eau.

Dans un même tube, deux facteurs interviennent

pour modifier la grosseur des gouttes; ce sont la densité du liquide et sa tension superficielle ; plus la densité est grande, plus vite la membrane sera déchirée ; or nous savons que l'alcool est plus lécer que l’eau ; il en résulte, a fortiori, que la force de

sa membrane est moindre.

Nous pouvons, du reste, engager une lutte entre la membrane de l’eau et celle de l’alcool. et voir immédiatement laquelle est la plus forte. Versons dans

une cuvette plale une petite quantité d’eau colorée

en bleu ; elle s’étale en recouvrant complètement le fond de la cuvette ; la membrane est tendue dans toutes les directions avec une égale force, et nous

n'’observons rien de particulier; mais, si nous lais-

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