SUBSTANCE. POIDS

kit.

Terre argileuse. ........ 1600

Terre-glaise 1900

Maçonnerie de moellons ordinaires, depuis 1700 Lil. jus- ’à, .......... . o 3 oo

e le plus pesant , le cœur. 1170 Chêne le plus léger , sec ... 85 o Huile de lin • 940

Huile de navette 919

Alcool oïdinaiae ou Esprit de vin ...... 837

Du poids , de la densité , de la pression de l'air et des gaz.

36 . Poids des gaz. Le poids des corps solides est un fait facile à constater par tout le monde; mais il n’en est pas de même de celui de l'air et des autres gaz. — A l’aide d'une pompe à deux pistons, nommée machine pneumatique , on parvientà soutirer l’air qui est contenu dans un ballon ou boule creuse de verre, qu’on bouche ensuite au moyen d’un robinet; c’est ce qu’on appelle faire le vide. En pe-

sant successivement ce ballon lorsqu’il est plein et lorsqu'il est vide , on trouve que son poids est plus grand dans le premier cas que dans le second ; cet excès est le poids de l’air contenu:, en remplaçant pareillement l’air par d’autres gaz ou par un fluide quelconque, on obtient le poids d’un même •Volume de ces fluides, ou leurs densités relatives, pour les circonstances où on les considère.

« C’est- ainsi qu’on trouve que le mètre cube d'air atmosque; pris dans son état le plus ordinaire , pèse environ 9 , car le poids ou la densité de l’air varie un peu suivant les.saisons, et selon qu'il est plus ou moins comprimé sur lui-même: si, parexemple, ou introduisait avec force, au moyen d’une pompe, dite foulante . où d’un soufflet ordinaire , une nouvelle quantité d’air dans le ballon, il est évident que son poids augmenterait aussi bien que son ressort, c’est-à-dire, sa tension ou sa pression ( 1 4 ,et 16); car cela reviendrait à réduire, parla compression, le volume de l'air introduit, à un volume beaucoup moindre que celui qu'il occupait primitivement dans l'atmosphère.

En général, il résulte du principe de Mariotte (ib), que la densité ou le poids d’un même volume de gaz , sous différentes tensions ou pressions, est exactement proportionnel à. ces pressions, la température restant constante (26).

• Pression atmosphérique. Puisque l’air est pesant çomme les liquides, on conçoit que l’atmosphère (4) pèse sur la terre, et la presse de tout son poids, de même que fait un liquide, renfermé dans un vase, sur le fond de ce vase. L’air pèse aussi sur lui -même, et chaque couche de niveau de l’atmosphère supporte le poids de toutes celles qui sont placées immédiatement au-dessus, et elle presse à son tour celles qui sont au-dessous ; cette pression est tout à fait analogue a la pression qu’éprouve l'air comprimé sur lui- même dans l'intérieur d’un corps de pompe, fermé par un piston (i 5 et 16); d'où l’on peut inférer qu’elle s’exerce aussi bien sur les côtés qu’au-dessus et au-dessous: c’est là ce qu’on nomme la pression atmosphérique , pression ui diminue, comme on voit, à mesure qu'on s’élève auessus de la surface de la terre.

Voici comment on peut la constater directement au moyen de l’appareil déjà décrit n° i 5 ; chassez complètement l'air contenu dans l'intérieur du briquet ou corps de

pompe, en poussant le piston jusqu'au fond, après avoir pratiqué à ce fond une ouverture pour laisser échapper l’air; bouchez ensuite cette ouverture hermétiquement , puis retirez le piston ; vous formerez le vide au-dessous, et la pression de l'air, qui agit à son extérieur, s'opposera au mouvement avec un effort qui dépendra de l'étendue de la surface pressée du piston, et qui sera très- grande, par exemple, pour un piston circulaire de io‘"“ de diamètre (de do ki * au moins); débouchant eusuite l’orifice, l’air rentrera dans le vide avec sifflement, et sa pression sous le piston , détruira celle de l’air extérieur ; de sorte qu’on n’aura plus à surmonter <pie le poids de ce piston et son frottement contre le cylindre, quand on essaiera de l’éloigner du fond ; soustrayant l’un et l’autre de 1’efTort total exercé dans le premier cas, ou aura la pression exercée par l'air extérieur sur la surface entière du piston , et par suite, sur chaque unité de cette surface. On trouverait ainsi que la pression atmosphérique, au niveau de la mer, est moyennement de i kll ,o33 sur chaque centimètre carré ou de io33 111 par mètre carré, et l’on obtiendrait le même résultat de quelque façon qu’on inclinât le cylindre par rapport à l'horizon , pourvu qu’on le plaçât au même lieu. — Celte pression moyenne est celle qu’on prend ordinairement pour terme de comparaison, et on la nomme, pour abréger, simplement atmosphère. — Ainsi l’on dit i atmosphère, z atmosphères de pression, au lieu de i l,1 ,o53, z k,l ,o(id de pression par centimètre carré de surface.

38 . Mesure de la pression de l’air et. des gazj baromètre. Le baromètre , instrument généralement counu de nos jours, ofTre un moyen plus commode de mesurer la pression atmosphérique, il consiste (Pl. I, Fig 6), en un tube de verre vertical ac , fermé par le haut, et dont l’extrémité inférieure ef, ouverte, plonge dans une cuvette ABCD contenant du mercure, ta pression est indiquée par le poids de la colonne aedb de ce fluide, soutenue dans le tube, au-dessus du niveau AB de la cuvette, par la pression que l’air exerce exlérieuremc'nt sur la surface de ce niveau; mais il faut pour cela que le haut du tube, non occupé par le mercure , soit absolument privé d’air ou vide , ce qu’on obtient, lors de la fabrication, en remplissant complètement le tube de mercure, parle bout ouvert

23 MÉrASlQtrE INDÜTRIELLE.

place en liant, puis le renversant après l’avoir liouclié , et le débouchant ensuite quand son oriGce est suffisamment plongé dans le liquide de la cuvette pour qu'il ne puisse communiquer avec l'atmosphère ; on voit alors le mercure, qui remplissait totalement ce tube , descendre à la hauteur qui répond à la pression de l’air extérieur (*). Ce n’est pas ici le lieu d’entrer dans des détails sur la construction du baromètre; il nous suffit de savoir que la hauteur de la colonne de mercure qui répond à la pression atmosphérique moyenne de i kll ,o33 par centimètre carré de surface, est de 76 centim. ou 760 millim. (28 •"’J, parce qu'une telle colonne, ayant 1 centim. carré de hase, pèse réellement (35) i kil ,o33; de sorte que, la pression étant généralement proportionnelle à la hauteur de la colonne qui lui répond, on trouvera aisément cette pression , dans chaque cas, parles indications du baromètre. Si l’on employait de l’eau, au lieu du mercure, pour former le baromètre, la colonne d’eau qui mesurerait la pression de i kll ,o33 serait io“ e, ,33 (environ 5z pieds anciens), parce que le poids d’une colonne d’eau de cette hauteur et de 1 centim carré de hase, pèse (34) effectivement io33 grammes ou i kll ,o53.

39. Manomètre. On remarquera que le baromètre peut aussi bien servir à mesurer la tension ou pression des gaz, contenus de toutes parts dans des vases, que la pression atmosphérique elle-même; il suffit pour cela de le placer dans l'intérieur de ces vases, ou d’y placer seulement sa cuvette en faisant attention de bien boucher l’ouverture par laquelle passe le tube (PI. I, Fig. 6). On pourrait aussi se contenter de fermer hermétiquement le dessus de la cuvette (PI. !■, Fig. 7), et de mettre son intérieur A, en

(*) La raison de ce principe est fondc'e , comme nous le verrons plus tard , sur ce que , aucune pression n'existant sur le haut de la colonne , et la surface de niveau AB étant pressée par l’air comme par un piston, cette dernière pression est transmise (i4) intégralement, parle mercure, sur la surface de la section ab du tube , correspondante à ce niveau , section qui supporte elle-même tout le poids de la colonne ac. Si l’on ouvrait , en effet , le naut du tube , l’air en y pénétrant , forcerait la colonne à s’abaisser jusqu’au niveau de la cuvette , et la pression qu’occasionnait le poids de cette colonne , serait remplacée par celle de l’atinosphérc sur la base ab\ et , comme tout reste le meme quant au surplus du fluide contenu dans la cuvette , il faut bien qu’en effet le poids de la colonne de mercure ou la pression qu’elle exerce sur la surface de ab , soit égale à la pression de l’atmosphère sur cette même surface.

communication avec la capacité D, qui contient le gaz, par un bout de tuyau BC, etc. Ces appareils, qu’on varie de bien des manières, se nomment en général manomètres.

/fO. Densité ; poids spécifique des gaz. Sachant ainsi mesurer la pression des gaz, et leur température étant donnée dans chaque cas par le thermomètre, on pourra, à l’aide de la loi de Mariotte (i 6 et 37) et de celle de M. Gay- Lussac (26), déterminer, par un calcul facile et dont on aura des exemples plus lard, leur poids et leur densité quand on connaîtra ce poids et cette densité dans des circonstances déterminées, par exemple à o° de température, et sous la pression barométrique de 76 e de mercure, qu’on prend ordinairement pour point de départ ou terme de comparaison : tel est l’usage de la table suivante.

Table des densités et des poids spécifiques des principaux gaz , la densité de l’air étant prise pour unité.

Noms (1rs fluides Poids

élastiques. spécifique.

Air atmosphérique . . , 1 ,0000 Acide carbonique. ... 1,53^5

Oxigéne 1,1036

Aïote 0,9757

Hydrogène 0,0688

Vapeur d'eau. ..... o,6a35

Poids du mètre cube , à o° et 76o"> il ' de pression.

Ut.

Remarque. Les gaz se dilatant également pour les mêmes élévations de température (26), et se comprimant de quantités proportionnelles (16) pour des augmentations de pression égales, çonservent les mêmes rapports de densités à toute pression et à toute température: ainsi, par exemple, la densité de l'hydrogène, qui est environ les 0,069 ou 75 de celle de l’air à o°et à 76 e de pression, en sera toujours lé quinzième à ioo°et sous une pression 10 fois plus forte,, c’est-à-dire de 10 atmosphères (37et3âJ.

: . ni

4 1 ■ Effets de la pression de V air sur les corps Ou voit,' par ce qui précède, que tous les corps plongés dans l’air, atmosphérique, sont pressés par lui de toutes parts et enchaque point de leur surface immédiatement en contact} or, il résulte de là plusieurs effets dont quelques-uns sont impor.tans à connaître: i° le corps est comprimé,.

refoule sur lui-mèiue, ce qui contribue à lui donner la forme stable ou solide; qu’il doit principalement à l'adhésion, à la cohésion de ses molécules (*7); a° son volume est un peu plus faible ( i3) et sa densité un peu plus forte (33), que si la pression n’existait pas, ou qu’il fût placé dans un espace entièrement vide; 3° la pesanteur n'est pas la seule cause qui le fasse mouvoir quand il est libre , ou qui le fasse presser sur les autres corps quand il est soutenu par eux ; en un mot , son poids pourrait bien n'êlre pas le même dans le vide que dans l'air, etc.

Relativement aux deux premiers effets , on observera qu'ils sont très-peu sensibles pour les corps solides et rcsistans, tels que les bois, les pierres, les métaux, aussi bien que pour les liquides contenus de toutes parts dans des vases, ou simplement en contact avec l'air par leur surface de niveau; car ces corps peuvent supporter une pression qui soit le double, ou le triple de la pression atmosphérique (i3), sans changer de volume d’une manière appréciable.

Quant au troisième ellct , 011 s'assure par l'expérience et, comme nous le verrous, par les principes de la Mécanique , qu’il se réduit uniquement à diminuer le poids, qu'aurait le corps dans le vide, de tout celui du volume d’air que ce corps remplace ou déplace (*); diminution à peine appréciable pour les liquides et les solides dont la densité (35) surpasse généralement 5oo fois celle de l’air atmosphérique, mais qui l'est à coup sur beaucoup pour

(*) Nous pouvons, dès à présent, faire sentir la vérité de ce fait par un raisonnement fort simp e, et qui s'applique à un corps plongé dans un fluide quelconque, par exemple dans l’eau. D’abord, puisque la pression du fluide diminue à mesure qu’on s’élève dans son intérieur (37), et qu’elle est la même pour tous les points d'une même couche de niveau , on conçoit qué le corps doit être plus pressé par le bas que par le haut , et qu’il l'est à peu près également par les cûtés •, mats c’est ce qu’on aperçoit plus rigoureusement en observant i° que lé corps tient la place d’une certaine masse de fluide , qui , étant terminée au même contour , à la même surface extérieure, serait, si elle existait, pressée de toutes parts par le fluide environnant , précisément comme l’est ce corps ; a° que cette masse faisant partie intégrante de la masse totale du fluide , serait en repos malgré ces pressions et l’action de la pesanteur sur ses parties ; 3 ” que par conséquent reflet de ces pressions extérieures se réduit à soutenir son poids ; 4“ <{n’enfin ces pressions étant les mêmes pour le corps , ont aussi uniquement pour effet de diminuer le poids , qu'il aurait dans le vide, du poids du volume de Jluide qu’il déplace , ou de le pousser verticalement, de bas en haut, avec un effort égal à ce dernier poids.

les fluides élastiques dont le poids, sous l’unité de volume, est très-comparable ou même moindre (40) que celui de cet. air. Il en résulte, en effet, que certains gaz ou des corps creux remplis de ces gaz , au lieu de tomber ou de peser, s'élèvent ou font effort pour s’élever; tout comme cela a lieu pour les corps plongés dans l'eau , lorsque leur densité est moindre que celle de cette eau, et comme ou en a un exemple immédiat dans les aérostats ou ballons en taffetas verni , qui , enflés par le gaz hydrogène , s'élèvent jusques dans les nues, en vertu de la pression de l’air extérieur sur leur enveloppe.

Nous devons d'ailleurs faire remarquer que les poids et les densités des liquides, des gaz et des corps solides , qui se trouvent indiqués dans les tables précédentes, sont les densités et' les poids absolus tels qu’on les obtiendrait en pesant ces corps dans le vide; ce qui résulte de la méthode même par laquelle on les a obtenus, mélhode exposée dans tous les Traités de physique.

42. Cônclusion. Telles sont donc les circonstances principales où il faudra avoir égard aux effets de la pression de l’air; pour toutes les autres, nous pourrons' supposer que les choses se passent dans l’air comme dans le vide , ou comme si l’air n’existait pas. Nous en dirons tout autant des effets des tractions ou des pressions quelconques, de la chaleur , de l'humidité , etc. , lorsqu’ils se réduiront à changer la forme, le volume ou la densité des corps, d'une manière peu sensible ou qui aurait peu d’influence sur les résultats pratiques ; mais nous n oublierons pas d’en tenir compte et d’en apprécier les effets quand cela sera nécessaire; et nous le pourrons d’après les documens qui précèdent, et les documens plus étendus ou plus précis que nous recueillerons en traitant chaque question spé-r ciale. Enfin, non-seulement il nous arrivera quelquefois de ne pas tenir compte de certaiucs propriétés physiques des corps, peu influentes ; mais’noùs pourrons même , par instans , les dépouiller tout-à-fait de leur poids ou de telle autre qualité essentielle de la matière , afin d’isoler et d’étudier séparément les effets dus à chacune d’elles , et d’être d’autant mieux en état d’en apprécier ensuite ou d’en calculer les effets combinés.

Au surplus, nous n’avons point encore fait l’énumcralion

a 6 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

complète des propriétés physiques de la matière , ni des effets qui se produisent sur les corps dans différentes circonstances et par differentes causes. Nous n'avons rien dit, par exemple, de Y inertie des corps, ni de la résistance qu'ils éprouvent à se mouvoir dans les fluides, .à glisser, à rouler, à se plier sur d’autres corps, ou à s'en séparer dans certains cas, résistances qu'on nomme raideur , frottement , adhérence , et qu’il importe sur- tout de considérer dans le calcul des machines; mais l'étude de ces propriétés, de ces effets, reviendra plus tard; il nous suffit pour le moment de les avoir indiqués , afin qu'on ne soit pas tenté de faire de fausses applications des principes de la Mécanique aux arts industriels, et c’est aussi , en partie, le but que nous avons cherché à remplir dans ce qui précède.