CHAPITRE IV

Mesure expérimentale dn travail des forces et de la puissance des machines ('}.

141. — Il est souvent nécessaire, dans un but d'investigation, de pouvoir mesurer le travail des forces motrices ois résistantes, travail qui ne peut pas toujours être calculé ; nous citerons, par exemple, comme se trouvant dans ce cas, celui que développent les moteurs animés, ou ceux qui sont absorbés par certaines transformations technologiques, telles que le travail des métaux, des matières textiles, le broyage et la

' mouture, etc.

Parfois, on tient à mesurer directement les travaux moteurs et ceux des résistances utiles, afin de déterminer ou de vérifier le rendement des machines en s'appuyant sur une base certaine.

Les instruments que l'on emploie comportent la mesure séparée de l'effort, el du chemin parcouru par son point d'application; dans certains cas, on arrive à totaliser mécaniquement le produit de ces quantités, mais plus souvent on enregistre automatiquement la loi qui relie la force au chemin parcouru.

142. — Mesure de la force considérée isolément. — Tous les moyens connus de mesurer la force sonl basés sur l'un des trois principes suivants :

1" Équilibre statique de la force à mesurer avec une force extérieure connue, telle qu'un poids. Sur ce principe reposent : la balance à fléaux égaux, le peson ou balance romaine, les bascules à poids variables ou à poids constant. Ces appareils conviennent surtout pour mesurer des poids, mais on s'en sert cependant pour évaluer des efforts horizontaux, comme dans les machines servant à l'essai des matériaux.

1. Les instmments qni font l'objet de ce chapitre constitiient en r^lité des opérateors que l'on pourrait appler Tnachitut à mesurer le traTsil, et font partie dun groupe nombreux dans lequel Riihlmann classe lesimachines à mosiirer, 4 coinpt«r, a calculer, à diviser, etc., nous jugeons utile de les rattAcher à l'étude des mcconiames.

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2" Équilibre de ia force à mesurer avec des forces moléculaires où élastiques, connues parles déformations qui les accompagnent; ce principe est réalisé dans les balances à ressort ou dynamomètres, qui s'appliquent spécialement à la mesure des forces dont la direction est quelconque ; les manomèlrea constituent une forme particulière de ces appareils convenant pour mesurer la pression des fluides.

3° Mesure de l'accéléralion d'un mobile sur lequel agit la fprce à mesurer, les autres forces étant supposées nulles ou connues, ce procédé ' pourrait élre appelé celui de l'équilibre dynamique. Nous en avons rencontré un exemple dans les procédés employés par Coulomb et Morin dans leurs recherches sur le frottement (21).

Ce principe a fait récemment l'objet d'une application nouvelle el des plus ingénieuses (I4S).

Pour mesiu^r le travail d'une force isolée, il sufflt d'enregistrer, en même temps que la force, le chemin parcouru à chaque instant suivant sa direction, on obtient ainsi une classe d'appareils qu'on appelle aussi dynamomètres comme ceux qui servent simplement à mesurer l'effort.

143. — Mesure de la vitesse considérée isolément. — Lorsque la vitesse est uniforme, on peut l'obtenir en relevant l'espaceVparcouru dans un temps donné, mais ce moyen suppose que l'on est certain a priori de l'uniformité du mouvement, il ne peut convenir en général que pour donner la vitesse moyenne d'un mouvement peu varié ; lorsqu'il s'applique à une pièce tournante, il se simplifie notablement, car il sufflt alors de relever le nombre de tours dans un temps donné, soit par l'observation directe, soit au moyen d'un compteur.

Lorsque le mouvement est varié,. le procédé le plus général consiste à faire tracer automatiquement par le point la loi des espaces ; l'appareil enregistreur doit comporter un tambour dont les déplacements angulaires sont proportionnels au temps, ce qui ne peut être obtenu que par un mouvement d'horlogerie (appareil de Morin pour déterminer la loi de la chute des corps). On obtient la vitesse en menant la tangente à la courbe des espaces, et en mesurant son coefficient angulaire.

La vitesse du mouvement de rotation (uniforme ou varié) peut être obtenue au moyen de tachymètres, basés sur la mesure de ia force d'inertie normale, ou force centrifuge, d'un organe dontla vitesse se trouve dans un rapport constant avec celle à mesurer.

Le régulateur à force centrifuge peut évidemment ser\ir de tachy-

mètre, à la condiUon qu'il n'ait aucune résistance à vaincre (F = o), et qu'il ne soit pas isochrone ; à chaque hauteur du manchon, correspond une vitesse que l'on peut déterminer à l'avance.

Le tachymètw de Moacrop est basé sur l'emploi d'un pendule conique ordinaire. Pour que seS-indicalions restent toujours comparables, il faut que l'axe de rotation soit rigoureusement vertical.

Le tacliymètre de Buss, construit par Buss, Sombart et C, à Magdebourg, qui est très répandu, comporte une disposition 'dans laquelle les Éras du pendule sont ramenés contre l'axe au moyen d'un ressort spiral, l'axe peut par conséquent être orienté comme on le veut dans tous les sens, et on peut même se servir de ce tachymètre à bord des navires sans qu'il soit influencé par les mouvements de roulis ou de tangage.

La vitesse du mouvement rectiligne varié peut aussi être évaluée au moyen de l'accélération, lorsque celle-ci est connue en fonction du temps ; l'intégration permet de trouver la vitesse {145),

Lorsqu'il s'agit d'évaluer des vitesses peu variables d'un instant à l'autre, comme celles des fluides en mouvement, on possède des lachymètres spéciaux tels que les anémomètres, les moulinets ; le loch employé dans la navigation se rattache à cette catégorie d'instruments.

PRODUIT PAR UNB POaCE ISOLÉE.

144. — Dynamomètre de traction de Morin, L'appareil dont Morin s'est servi dans ses recherches sur le tirage des voitures (fig. 130), comprend un ressort composé de deux lames L, L', l'une est reliée à la résistance, l'autre porte le crochet d'attelage ; lorsqu'on exerce sur celui-ci un ^__ ^ ^^ effort de traction P, les ressorts pren-

nent une flèche proportionnelle àP; la somme des flèches est enregistrée à chaque instant sur une bande de papier qui se meut sur les tambours '*■ A; B, ceux-ci recevant un déplacement

proportionnel à celui de l'effort p. Pour se servir de l'appareil, il faut

Iracep la ligne de repère XX, qui correspond à un effort nul, on l'obtient en actionnant à la main la bande de papier, sans exercer d'effort sur le crochet.

On déduit du diagramme, soit la valeur moyenne de l'effort, soit celle du travail total, soit celle du travail moyen par seconde, ou puissance du moteur; il sirfiit de connaître, d'après les données de l'instrument, l'échelle des efforts P et celle des espaces parcourus,

On peut appliquer à cet appareil le totalisateur, qui donne à simple lecture, la valeur

fPde

pour une traction d'une certaine durée ; ce totalisateur est basé sur l'emploi d'une roulette r, dont le plan,

parallèle à la lame L' 4" ressort | \

(fig. 131), est à une dislance invariable f p tp,

de celle-ci ; lorsque l'effort est nul, jT j^^'il

cette rouletlG pose, au centre du pla- ' ^1 I •>^^\^

teau p et ne reçoit aucun mouvement ; | j! ij ' ^

le plateau est commandé par la rota- . ,

lion des roues du véhicule; lorsque

l'effort P déplace la résistance, il est clair que la roulette effectue un

nombre de tours proportionnel à

146. — Appareil dynamométrique de M. Desdouits ('). — Lorsqu'une ou plusieurs forces agissent sur un système de masses données, maintenues par des liaisons définies (train de chemin de fer par exemple), on peut, par l'étude du mouvement de l'une des masses, amver à la connaissance des forces qui agissent sur le système.

M. Desdouits a résolu ce problème de la manière la plus élégante ; il a réussi à créer un appareil dont l'emploi pourra probablement être généralisé, et qpii est basé sur les considérations suivantes.

1. Xote sur an uotiTel appareil djDamométriqne, applicable à la mesore des efforts motenra et rëaiatanta développés dans la traction des trains, par M. Desdouits, ingénieur des conatructionanavalea.iîei-iuey^n^raierfM Chemins de fer, 1883. Annales des Fonts a Chaïusée», 6" série, t. XI, pp. 371 à 487.

Dans sa forme la plus simple, un pareil dynamomètre est composé

d'un tambour T (fig- 132), recouvert de papier, dont l'axe est dirigé

parallèlement au mouvement de translation de

la masse, supposée pour le moment unique, sur

laquelle agit la force à déterminer ; ce tambour

reçoit, d'un mouvement d'horlogerie, une rotation

uniforme ; tout l'appareil est installé de niveau dans

un fourgon. Au point 0 est suspendu le pendule On,

qui dans l'état de repos ou dans celui de mouvement

uniforme, prend la direction verticale. Lorsque le

mouvement du point de suspension 0 est varié et

possède une accélération w, le pendule s'incline

d'un angle « qui reste invariable tant que l'accéléra-

Fig. 131 tion est constante. La masse m' étant alors soumise

à cette accélératioa en même temps qu'à son poids, il faut qu'on ait :

Si on représente par P le poids delà masse, la résultante qui agit sur elle au moment considéré est :