OPÉRATIONS DB MESURE

DescripUon et essai d'une bonne, balanc9>

L'énoncé des conditions multiples requises pour une balance de précision peut tenir lieu d'une description de cet iiiHtrument si connu. Gambey, Fortin, Lecomte, Deleuil et Bulleron ont créé des types excellents dont les détails sont (généralement reproduits par les constructeurs français; on les retrouve presque tous dans le dessin ci-dessous (fig. 4).

Fie. 4.

Toute l'attention s'est portée à juste titre sur la position du point d'oscillation, des deux axes de suspension et du centre de gravité, puisque c'est de la situation relative de ces points que dépend la délicatesse de la balance. Il est rationnel de réserver à l'opérateur un moyen de correction, en permettant le déplacement vertical et horizontal d'un des couteaux ex-

IV* M. — ESSAI d'une balance. i5

trêmes A ou B. Quant au centre de gravité, on le relève à volonté à Taide de la double vis E.

L'essai d'une balance est une opération difficile qui demande à être conduite avec méthode.

L'instrument sera placé sur une table massive très stable, à l'abri des trépidations : une console scellée au mur remplira le mieux cette condition.

Après avoir procédé à l'installation et à la mise de niveau à l'aide des vis calantes dont les pieds sont munis, il convient de soumettre d'abord la balance à une série d'épreuves mécaniques. On s'assurera que le fléau mis à l'arrêt est parfaitement immobile; les deux fourchettes qui l'embrassent doivent le saisir simultanément et libérer complètement les couteaux. Abandonné à lui-même, le fléau d'une bonne balance oscille lentement, sans que l'amplitude de ses oscillations décroisse trop rapidement; arrivée progressivement au repos, son aiguille doit s'arrêter au zéro. Elle sera encore au zéro lorsque les plateaux auront reçu le maximum de leur charge, indiquée par le constructeur, et cet équilibre ne sera pas modifié lorsqu'on transportera les masses du centre au bord des plateaux, ou bien lorsqu'on intervertira les poids : cette dernière manoeuvre a pour objet de s'assurer de l'égalité des deux bras. L'aiguille doit se mouvoir parallèlement à la règle graduée G appliquée sur la colonne, et tout près de cette règle pour éviter les erreurs de parallaxe. Ces vérifications faites, on relèvera les fourchettes; l'aiguille doit encore marquer zéro. Telles senties conditions mécaniques auxquelles satisfait une balance bien construite.

Il convient, en second lieu^ de procéder à l'appréciation de la sensibilité.

On peut le faire grossièrement en observant tout d'abord la durée des oscillations du fléau : plus elles sont longues, plus l'instrument a de sensibilité; elles doivent en tous cas dépasser douze secondes. Mais l'opérateur dispose en partie de cet élément par la vis qui surmonte le fléau.

La sensibilité peut être évaluée mathématiquement par la mesure des déplacements c!e l'aiguille pouf o8%ooi de surcharge. Ce serait une longue opération s'il fallait attendre que l'aiguille devînt immobile : cette manière de faire serait

l6 CHÀP. I. — OPÉRATIONS DE HESUIE.

d'ailleui^ peu exacte, car le repos du fléau peut ne pas être la conséquence d*un équilibre parfait, mais provenir d'un obstacle accidentel ou d'un défaut de mobilité. Il est bien préférable d'observer les points extrêmes d'une oscillation et de faire la moyenne des écarts. Or la décroissance de l'amplitude nécessite un nombre impair de lectures : on en fait généralement cinq, que nous désignerons par leurs numéros d'ordre I, II, III, IV et V; I, III et V seront, par exemple, pris à la droite du zéro et II et IV à sa gauche. On fait la moyenne particulière des trois écarts de droite et des deux écarts de gauche, en affectant les uns du signe + , les autres du signe — , puis on effectue la moyenne générale.

Voici un exemple du calcul :

Zéro.

Moyennes.

Écarts à droite —

» à gauche. . .

Le zéro vrai de la balance est donc connu; il eât à 0,42 à droite du zéro de la graduation. On charge alors le plateau de gauche de 06% 002; il en résulte que la position moyenne de l'aiguille oscillante est déplacée vers la droite. On détermine celte position et on trouve, par exemple, -f- 4 > 90; Técari produit du chef de la surcharge par o8'*,ooi est donc de

-^ —) soit de 2,24; ce nombre mesure la sensibilité de

la balance.

Nous savons, par la théorie, qu'elle décroît à mesure que la charge absolue des plateaux augmente. Il est du plus haut intérêt de connaître la loi de ses variations : l'opérateur pourra de la sorte apprécier le degré d'approximation dont une pesée est susceptible et n'aura pas à craindre, d'autre part, de dépasser la limite de poids que l'instrument peut supporter sans cesser d'être précis.

Il s'agit donc de répéter l'opération décrite ci-dessous pour une surcharge de 08% 002 du même plateau de gauche, alors que les deux bassins portent chacun une charge croissante de Sos' en 5o6'.

L'égalité rigoureuse de deux poids marqués n'étant jamais

. rr* >. — ESSAI D UlfE BALinCE. 17

réalisée , il importe de déterminer de nouveau la position exacte du zéro avant l'addition de la surcharge. On constate que la sensibilité décroît rapidement ; voici les résultats fournis par une balance du cabinet de Physique de la Faculté libre des Sciences de Lille :

Charges o

Sensibilité.. 3, Ho

3oo ion 1,^3 o,8(

Pour tirer de l'essai qui précède tout le parti possible, il est bon de tracer une courbe, en portant en abscisse les charges et en ordonnée les chiffres qui expriment la sensibilité : on affiche cette courbe dans la cage de la balance, de manière qu'elle puisse être consultée utilement; telle est la courbe représentée par la fig. 5.

Fie. 3-

Les poids doivent aussi être contrôlés avec un soin extrême : ces essais sont nécessaires non seulement pour s'assurer de leur exactitude quand ils sont neufs, mais pour reconnaître l'altération qu'ils ont subie par l'usage. On vérifie avant tout que le milligramme est la dixième partie du centigramme, celui-ci la dixième partie du décigramme, et ainsi de suite; enfin un des poids sera comparé à un étalon.

On observe toujours une difTérence sensible, mais on admet une tolérance de quelques dixièmes de milligramme sur les poids de laiton.

Frésénius fait observer, du reste, qu'une légère oxydation ne met pas ces poids hors d'usage, car cet enduit qui recouvre le métal est très léger et parfaitement négligeable.

l8 CHAP. I. — OPÉEATIOKS DE MESURE.

Manuel opératoire d'une pesée.

Le poids crun corps se détermine toujours par la méthode de Borda, dite de la double pesée. Elle consiste à placer le corps dont on cherche le poids sur l'un des plateaux et à en faire exactement la tare par une masse métallique quelconque: réquilibre étant obtenu, on ôte le corps, et, sans toucher à la tare, on le remplace par des piods marqués, de manière à ramener Taiguille au point qu'elle occupait précédemment. La somme de ces poids représente le poids cherché, quelle que soit la justesse de la balance.

Il y a souvent avantage à opérer de la manière suivante : le poids maximum du corps étant approximativement connu, on fait 4'abord la tare d'un poids marqué supérieur, puis on y substitue le corps et Ton met à côté de lui le nombre de gramme nécessaire' pour faire équilibre à la même tare. Ce complément, étant retranché du poids primitif, donne, par différence, le poids du corps, avec la rigueur de la double pesée et d'une manière très expéditive.

La tare est conservée avec soin pour les opérations subséquentes. Ce procédé est indiqué surtout pour les pesées de substances renfermées dans un récipient quelconque, vase, creuset, flacon, etc. ; le contenant, placé à côté du poids limite,, est taré du même coup, et l'on gagne une opération.

C'est par l'observation des oscillations que l'on constate l'équilibre : cette méthode a le double avantage de rendre la pesée plus rapide et plus exacte. Les écarts de l'aiguille de chaque côté du zéro permettent déjuger de la valeur des poids qu'il convient d'ajouter ou de retrancher, et avec un peu d'exercice et une parfaite connaissance de l'instrument dont on se sert, on obtient l'équilibre après deux ou trois essais. La courbe dès sensibilités est d'un grand secours en cette occasion, car elle indique la relation qui existe entre l'amplitude de l'écart et la différence des poids pour une charge totale donnée; une simple règle de trois, que l'opérateur peut effectuer sans écrire aucun chiffre, permet de déterminer le nombre de milligrammes nécessaire pour parfaire l'équilibre.

lY® M. — ESSAI d'une BALANCE. I9

Quelques recommandations pratiques doivent être faites aux jeunes physiciens qui sont admis à l'usage d'une balance de précision. On ne place jamais directement sur les plateaux une substance qu'on ne puisse saisir sans toucher aux bassins; il faut la mettre sur un verre de montre, une capsule ou une feuille de papier glacé. Chaque fois qu'on doit ajouter ou retrancher un poids pendant une pesée, on aura soin d'arrêter le fléau, à moins que l'équilibre ne soit obtenu déjà au centigramme près. Le fléau sera abaissé doucement et graduellement : l'équilibre obtenu, on ôtera les poids en les faisant glisser sur une carte et on ne les comptera qu'après les avoir disposés en ordre, à partir du gramme. Les poids ne doivent être maniés qu'à l'aide d'une brucelle.

Toutes les fois qu'on aura à peser un corps qui vient d'être chauffé ou refroidi^ on attendra qu'il soit revenu à la température ambiante, sinon on s'exposerait à de graves erreurs, par suite des condensations d'eau et des courants d'air ascendants ou descendants, lesquels rendent impossible toute observation précise.

La sensibilité d'une balance varie avec la température, et sa Justesse même peut être compromise, car la dilatation des bras du fléau est le plus souvent inégale. Le simple rayon provenant d'une bougie placée à i™ de la cage peut produire, au bout do sept minutes, un écart du zéro équivalent à celui d'une surcharge de o«%ooi, d'après M. de Jolly.

20 CHAP. II. — OBSERYàTIONS FONDAMENTALES.