E MT LIE
Quand 1 eau coule par le coté d’un vase ^
DES FLUIDES
ne doit-on pas l’attribuer au poids de l’eau au-dessus de l’ouverture ?
Mad. 13.
Si les particules des fluides etoient arrangées en colonnes régulières, comme dans la figure 2 , il n’y auroil pas de pression latérale ; car quand une particule est peipendi cul a ire sur l’autre , elle ne peut la presser que de haut en bas ; mais comme il doit arriver continuellement qu’une particule presse de haut en bas entre deux particules (fig. 3); ces dernières alors souffrent une pression
latérale.
Emilie.
C’est comme lorsqu’on pousse un coin dans un morceau de bois, et qu’il en sépare lateoralement les parties.
Mad. B.
Oui. La pression latérale vient donc enfièrement de la pression de liant en bas, ou du poids du liquide; ainsi plus l’orifice d’un vase est bas , plus l’eau s’écoule avec vitesse. Voilà un vase d’eau (fig. 4) , avec trois ro-
pr
bmets a differentes hauteurs; nous allons les ouvrir , et vous verrez les différons degrés de vitesse , avec lesquels Feau en sort; comprenez-vous cela , Caroline ?
Caroline.
Cdi oui. L'eau du jet supérieur ne recev aru qu’une petite pression , à raison de son voisinage de la surface, coule fort doucement; 1 eau qui sort du second robinet ayant
au-dessus d’elle un plus grand poids est chassee avec plus de vitesse , et enfin le robinet sien bas, étant le plus près du pied du vase, éprouve la pression de toute la masse supérieure, et Feau coule avec la plus grande impétuosité.
Mao. B.
Tres-bîen ; et vous devez observer que comme la pression latérale est due entièrement a la pression de haut en bas, elle n’est pomi influencée par les dimensions horizon» aies du vase qui contient Feau , mais pu™ ement par sa profondeur; car, comme chaque particule agit indépendamment des autres, est seulement la colonne de particules itn-
DES FLUIDES’. Soi
médiatement au-dessus de l’orifice qui peut peser sur elles et les forcer à sortir.
Emilie.
La largeur du vase ne peut donc avoir am enne influence à cet. egard, La pression latérale sur un côté, dans un vase cubique, n’est pas, je le suppose , si grande que la pression de haut en bas.
Mad. B.
Non ; dans un vase cubique , la pression de haut en bas sera double de la pression latérale sur un côté * car chaque particule au fond d’un vase est pressée par une colonne de toute la profondeur du fluide, tan-* dis que la pression latérale diminue du fond à la surface , où les particules n’exercent aucune pression.,
Caroline.
Et d’où vient la pression des fluides de bas en haut? Elle me semble la plus inexplicable, vu qu’elle est en opposition directe à la gravité.
5ü2 DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
Mad. B.
Et cependant c'est une conséquence dû leur pression de haut en bas. Quand, par exemple , vous versez de l’eau dans une théière , l’eau monte dans le goulot de niveau avec celle dans la théière. Les particules du fond sont pressées par les particules qui sont au-dessus d’elles , il laut qu’elles cèdent a celle pression; de manière ou d’autre , les particules supérieures se lonl un chemin; et comme elles ne pement pas descendre , elles changent de direction et montent dans le goulot.
Supposons que la théière soit pleine de colonnes de particules d’eau, semblables à ce qui est décrit fig. 4; la particule i du fond sera pressée latéralement par la particule 2 9 et par cette pression sera poussée dans le goulot, où rencontrant la particule 5, elle la pressera de bas eu haut , et celte pression continuera de 5 à 4, de 4 à 5, et ainsi de suite jusqu’à ce que l’eau dans le goulot ait monte jusqu’au niveau de celle de la théière.
Emilie.
S’il n’y avoit pas celle pression de bas en
DES FLUIDES
r? rj
haut, qui force Fean à monter dans le goulot, l’équilibre du fluide seroit détruit.
Caroline.
C’est vrai; mais la théière est grande, et le poids de la masse d’eau qu’elle contient peut aisément faire monter et soulever la petite quantité qui remplit le goulot. Mais le même effet auroit-il heu , si le vase et le goulot éloient de la même grandeur?
Ma D. B.
Sans doute , il auroit heu. Cous pouvez toujours renverser l’expérience, eu versant Feau dans le goulot, et vous trouverez que Feau monte dans la théière au niveau de celle du goulot; car la pression de la petite quantité d’eau dans le goulot, forcera à monter et soutiendra la plus grande quantité d eau contenue dans la théière.
Dans la pression de bas en haut , aussi bien que dans la pression latérale , vous voyez que la force de pression dépend entièrement de la hauteur , et qu’elle est tout-à-fait indépendante des dimensions horizontales du fluide.
5o4 DES PROPRIETES MÉCANIQUES
Comme une théière n est pas transparente^ faisons l’expérience en remplissant ce grand verre au moyen de ce tube étroit (fig. 6)*
Caroline.
Regardez, Emilie, a mesure queMad.B.
ïe remplit ; voyez comme l eau monte dans le verre, pour maintenir l’équilibre avec celle
du tube.
Maintenant, Mad.B., voulez-vous me permettre de remplir le tube en versant l’eau dans le verre ?
Ma b. B »
C’est impossible , néanmoins vous pouvez faire l’expérience , et je ne doute pas que vous ne soyez en état de nous dire pourquoi elle manquera.
Caroline.
C’est très-singulier; tandis qu’une colonne d'eau aussi pente que celle qui est contenue dans te tube peut faire monter et soutenir toute celle qui est dans le verre , ïe nosds tie toute i’eau qm est dans le verre ne peut pas forcer à monter la quantité qui remplit le
DES FLUIDES
tube ; ... ob ! j'en vois à présent la raison ? l’eau do verre ne peut pas forcer celle qui est dans le tube à mouler au-dessus de son niveau; et comme le bout du tube est beaucoup plus haul , il ne peut jamais se remplir en versant de l’eau dans le verre.
Mail B.
Et si vous continuez à verser de l’eau dons le verre quand il est plein , l’eau coulera hors du verre , au lieu de monter audessus du niveau dans le tube.
Je vous expliquerai à présent ce qu’on entend par la pesanteur spécifique des corps.
Caroline.
Quoi donc ! Est - ce une autre espèce de pesanteur que nous ne > commissions pas encore ?
Mad. B.
Non; îa pesanteur spécifique duo corps est simplement son poids comparé a celui d’un autre corps de meme grandeur. Quand on dit que des substances, telles que le plomb
5o6 DES PROPRIÉTÉS MECANIQUES
et les pierres, sont pesantes, et que d’autres, telles que le papier et les plumes, sont légères, on parle comparativement; c’est-à-dire, que les premières sont pesantes et les secondes légères, en comparaison de la généralité des substances naturelles ; appellera-t-on le bois et la craie des corps légers ou des corps pesans ?
Quelques espèces de bois sont sûrement pesantes, comme le chêne et l’acajou; d’autres bois sont légers, comme le sapin et le buis.
Emilie.
Pour moi, je crois que j’appellerai le bois un corps pesant, en général; car le sapin et le buis ne sont légers qu’en comparaison des bois que vous avez nommés pesans. Je ne saurois déterminer , si la craie doit se ranger dans les corps pesans ou dans ceux qui sont légers; je pencherois plutôt pour la première dénomination , si ce n’étoit que ce minéral est plus léger que beaucoup d’autres. J’aperçois que nous n’ayons que des notions
DES FLUIDES
vagues sur la légèreté et la pesanteur. J’ainaerois qu’il y eût quelque point de comparaison, auquel nous pussions rapporter la pesanteur de tous les autres corps.
Mat>. B.
On a senti la nécessité d’un tel point de comparaison, et on a fait choix d’un corps déterminé pour remplir ce but. Quelle substance croyez-\ous qu’on auroit le mieux fait de prendre pour cela?
Caroline.
Ce doit être un corps connu généralement et que l’on peut facilement se procurer \ le plomb ou le fer, par exemple.
Tous les métaux se dilatent par la chaleur et se condensent par le froid (i). Un morceau de plomb, disons, par exemple, un
(1) Ce désavantage, que l’eau partage avec les métaux, peut être prévenu en fixant le degré de température. IVlais leau remplit mieux toutes les conditions désirées, dont une va être expliquée.
( Note du Traducteur .■)
pwf
OOù DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
ponce cube, auroit moins de pesanteur spécifique en été qu’en Inver ; car il seroit plus dense dans celle dernière saison.
Caroline.
Mais , Mad. B. , si on compare le poids de quantités égales de difFérens corps , ils seront tous égaux. Vous connoissez ce qu’on dit vulgairement , qu’une livre de plume est aussi pesante qu’une livre de plomb?
Mad. B.
Si donc on comparoil le poids de differentes espèces de corps, il seroit absurde de prendre des quantités de poids égales, mais il faudroit prendre des quantités égales en volume ; des pintes ou des litres, et non des livres ou des grammes.
Caroline.
C'est bien vrai. Je m’embrouiîîois en supposant que la quantité se rapportoit au poids plutôt qu’à la mesure. Il est vrai qu’il seroit aussi absurde de comparer les corps de la meme grandeur pour reconnoitre lequel est le plus grand, que de comparer des corps du
DES FLUIDES
5og
même poids pour découvrir lequel est le plus pesant.
Mad. B.
Eu estimant la pesanteur spécifique des corps, il faut donc comparer des volumes égaux , et on trouvera que leur pesanteur spécifique est proportionnelle à leurs poids. Le corps qu’on a adopté comme terme de rapport est l’eau distillée.
Emilie.
Je m’étonne qu’on ait choisi pour ce but un fluide , vu qu’il faut qu’il soit contenu dans quelque vase, ce qui exige que le poids du vase soit déduit.
Mad. B.
Pour connoître la pesanteur spécifique d’un coprs solide , il n’est pas nécessaire d’en mettre une certaine mesure dans une balance et une mesure égale d’eau dans l’autre bassin ; mais il suffit simplement de peser dans l’eau le corps qu’on veut éprouver 5 si vous pesez un morceau d’or dans un verre d’eau, l’or ne déplacera-t-il pas un volume d’eau justement égal au sien propre ?
Certainement; là où est un corps, un autre ne peut pas être en même temps; en sorte qu’il faut qu’iî s’écarte une quantité d’eau suffisante pour faire de la place à for.
Mad. B.
Oui , un pouce cube d’eau fait place à un pouce cube d’or ; souvenez-vous que le volume seul doit être considéré , îe poids n’a rien à faire avec la quantité d’eau déplacée, car un pouce d’or n’occupe pas plus d’espace , et par conséquent ne déplace pas plus d’eau qu’un pouce d’ivoire, ou de toute autre substance que l’on plonge dans l’eau.
Mais vous serez peut-être surprises d’entendre dire que i’or pèse moins dans l’eau que hors de l’eau ?
Emilie.
Et par quelle raison ?
Mad. B.
Par l’effet de la pression de bas en haut des particules d’eau , qui soutiennent l’or jusqu’à un certain point et par* là diminuent
DES FLUIDES» 5ïl
son poids. Si le corps plongé dans Peau étoit de la même pesanteur que ce fluide , il seroit tout soutenu par lui, précisément comme J’cau qu’il déplace étoit soutenue avant, d avoir fait place au corps solide. Si le corps est plus pesant que l’eau , il ne peut pas etre tout-afait soutenu par elle, mais l’eau fait quelque résistance à sa chute.
Caroline.
Et cette résistance étant produite par la pression de has en haut des paiticules dit fluide, elle doit, je pense, être la même dans tous les cas ?
M AD. B
Oui; la résistance du fluide est proportionnée au volume et non au poids du corps qui y est plongé , tous les corps de la même grandeur perdent donc dans l’eau la même quantité de leur poids. Pouvez - vous vous former une idée de ce que doit être cette
perte ?
, Emilie.
Je croiroîs qu’elle doit être égale au poids
5l2 DES PROPRIETES MÉCANIQUES
de l’eau déplacée 5 car, puisque celte portion' de l’eau étoit soutenue avant l’immersion du solide , un poids égal du solide sera soutenu de même.,
Mad. B»
Vous avez parfaitement raison; un corps pesé dans 1 eau (1) perd justement le poids de Beau qu’il déplace; en sorte que si on mettoit l’eau déplacée dans le bassin de la balance auquel le corps est suspendu ? l’équilibre, se rétabliroit.
Vous devez remarquer que quand on pèse un corps dans 1 eau , pour reconnoitre sa pe-* sanieuj spécifique , il ne faut pas plonger le bassin de la balance dans Peau, mais il faut suspendre le corps à un crochet au - dessous * du bassin , ou bien enlever le bassin et suspendre le corps immédiatement au bras de
(i) Dans cette expérience on prend une balance; au dessous d’un des bassins on suspend le corps qu’on veut peser bjdrostaliquement , et après l’avoir ïnis en équilibre avec un poids à la manière ordinaire, on plonge ce corps dans Peau, comme Paucur va le dire, sans déranger l’appareil.
( Is ote du Traducteur . )
J3ES FLUIDES
r~ rr
DU
a balance ( fig. 7 ). Supposez maintenant qu’un pouce cube d’or pèse 19 onces hors de l’eau et qu’il perde 1 once de son poids en étant plongé dans l’eau , quelle sei oit sa pesanteur spécifique?
Caroline.
Re ponce cube d’eau qu’il déplace doit peser 1 once , et comme un pouce cube d’or pèse 19 onces, l’or est 19 fois aussi pesant que l’eau.
Emilie.
Je me souviens d’avoir vu une table de comparaison de la pesanteur des difterens corps , dans laquelle For me paroissoit avoir 39 mille fois la pesanteur de l’eau»
Mad. B.
Vous avez mal compris ce que vouloit dire la table. Dans cette estimation, la pesanteur de l’eau ét oit comptée pour mille. Remarquez que l’expression de la pesanteur d’une substance, quand on ne la compare a aucune antre, est parfaitement arbitraire ; dès qu’on a pris l’eau comme étalon de mesure,
on peut designer sa pesanteur par le nombre qu’on veut ; mais alors ïe poids des autres corps, calculé sur cet étalon , doit être désigné par des nombres proportionnels.
Caroline.
On peut, par exemple , regarder la pesanteur de l’eau comme un , et alors celle de For seroit dix-neuf ; ou, si nous voulons appeler 1000 la pesanteur de Feau , celle de For seroit 19000. En un mot, la pesanteur spécifique indique combien un corps pèse plus qu’un volume égal d’eau.
Mad. B.
C’est plutôt le poids d’un corps comparé a celui de Feau ; car la pesanteur spécifique de quelques substances est moindre que celle de l’eau.
Caroline.
Alors on ne peut pas connoîlre la pesanteur spécifique de telles substances de la meme manière que celle de l’or; car un corps qui est plus léger que l’eau flotte à sa surface sans déplacer d’eau.
DES FLUIDES
Si 5
Mail B.
Si un corps étoit absolument léger , il est vrai qu’il ne déplaceroit pas une goutte <d eau, maïs les corps dont nous nous occupons, queî~ que petits qu’ils soient , ont tous quelque poids , et déplacent par conséquent quelque quantité d’eau; si le corps est plus léger que l’eau, il ne plonge pas jusqu’au niveau de la surface, et par conséquent il ne déplace pas un volume d’eao égal au sien , mais un volume d’eau d’un poids égal au sien. Un vaisseau, comme vous devez lavoir observe , plonge à quelque profondeur dans 1 eau ; et plus il est chargé pesamment, plus il s enfonce, vu qu’il déplace toujours une quantité d eau d’un poids égal au sien.
Caroline.
Mais vous venez de nous dire que, dans l’immersion de i or , il falloit considérer le volume et non le poids du corps.
Mad. B.
C’est ainsi qu’il faut en user avec toutes les substances qui sont plus pesantes quel eau ;
mais puisque celles qui sont plus légères ne déplacent pas autant d’eau que leur propre volume , la quantité qu’elles déplacent ne peut servir a déterminer leur pesanteur spe'cifique.
Pour obtenir la pesanteur spécifique d’un corps qui est plus léger que l’eau , il faut lui en attacher un plus pesant , dont on connoisse la pesanteur spécifique , et les plonger ensemble ; la pesanteur spécifique du corps léger peut alors se calculer aisément.
Emilie.
Mais y a-t-il quelques corps qui aient exactement la même pesanteur spécifique que l’eau ?
M vu. B.
Sans doute; et de tels corps resteront en repos dans quelque situation qu’on les place dans l’eau. Voici un morceau de bois qui, étant imprégné d’un peu de sable, est rendu précisément du poids d’une quantité d'eau de même volume; dans quelque partie de ce vase d’eau que vous le placiez ? yous verrez qu’il reste stationnaire.
DES F LD IDES
Caroline.
Je le mettrai d’abord au fond ; il est clair cju’il ne peut pas monter, parce qu’il n’est pas plus léger que l'eau. A présent je îe placerai au milieu du vase, il ne montera ni ne descendra, parce qu’il n’est ni plus léger ni plus pesant que l’eau. Maintenant je le coucherai sur la surface de l’eau , mais je vois qu’il s’enfonce un peu} quelle en est la raison , Mad. B.?
Mar. B.
Puisqu’il n’est pas plus léger que l’eau, il ne peut pas flotter à sa surface; puisqu’il n’est pas plus pesant que beau, il ne peut pas s’enfoncer au - dessous de sa surface ; il ne s’enfoncera donc que jusqu’au point nécessaire pour que les surfaces supérieures des deux corps soient de niveau , et que le morceau de bois ne soit couvert que d’une couche d’eau. Si vous en versez quelques gouttes dans le vase ( assez doucement pour ne pas
augmenter leur quantité' de mouvement, en leur donnant de la vitesse ) , elles se mêleront avec l’eau à la surface, ci ne s’enfonceront pas plus bas.
Si 8 DES PROPRIETES MÉCANIQUES
Caroline.
Ce doit être sans dome la raison pour laquelle, en tirant d’un puits un seau d’eau, le seau semble si pesant quand il monte au - dessus de la surface de l’eau dans le
puits ; car tandis qu’on le monte dans l’eau ,
celle dont il est rempli , étant de la même pesanteur spécifique que l’eau qui l’entoure^ est soutenue en entier, par la pression de bas en haut, de celle qui est sous îe seau et demande ainsi peu de force pour être soulevée; mais aussitôt que le seau arrive à la surface du puits, on aperçoit immédiatement Faugmentation de poids.
Emilie.
Et comment recommit - on la pesanteur spécifique des fluides?
Mad. B.
Au moyen d’un instrument nommé hydro mètre ou aréomètre . que je vous montrerai. Il est composé d’une boule mince de verre, A (fig, 8, pi. XIII ), avec un tube gradué, B, cl la pesanteur spécifique du liquide s’estime
DES FLUIDES
5ig
par îa profondeur à laquelle l’instrument s’y plonge. Il y a une boule plus petite, C, attachée au bas de l’instrument et qui contient un peu de mercure ; mais ce métal ne sert qu’à maintenir en équilibre rmstrument, pour qu’il puisse rester droit dans le liquide que l’on éprouve.
Il faut à présent que je vous quitte, mais il reste encore quelques observations à fane sur les fluides ; nous reprendrons donc ce sujet à notre prochain entretien.
