COURS

DE

NOTIONS GÉNÉRALES SUR LA CONSTITUTION ET LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES CORPS.

Etats principaux des corps.

I • Les corps se présentent sous trois états principaux qui en comprennent une foule d’autres intermédiaires.

Corps à l’état solide. , ou solides : tels sont les pierres , les bois , certains métaux , etc. , qui résistent plus ou moins à la pression.

Cet état ne présente rien d'absolu’, certains corps solides sont durs , cas sans , fragiles , tels que le verre, l’acier trempé, le marbre, etc. ; d’autres sont mous , ductiles , tels que le beurre, l’argile ou terre glaise, le plomb, l’or, le cuivre , le fer (principalement à chaud). On dit aussi des métaux ductiles qu’ils sont malléables.

La ductilité ou la malléabilité de certains métaux est de la plus haute importance pour les arts industriels ; elle réside essentiellement dans la qualité qu’ont ces corps de pouvoir changer de forme d’une infinité de manières sans se rompre ni se diviser ; nous verrons bientôt des exemples de la grande ductilité de l'argent, de l’or et du platine.

2 . Corps à l’état liquide , ou liquides ; tels sont l'eau , le vin , les liqueurs en général , le métal appelé mercure ou vif -argent, etc.; lesquels se distinguent des corps solides par l’extrême mobilité de leurs parties. Celte mobilité s’observe à divers degrés dans les liquides : elle est très-grande dans les éthers, l’alcool ou l'esprit de vin rec-

a mécanique industrielle.

tifié; elle l’est moins dans l’eau, le vin; elle l’est encore moins dans l'huile, les sirops, les graisses et les métaux fondus qui coulent difficilement, qui filent en tombant dans l’air au lieu de se diviser comme l'eau. On distingue cet état particulier des liquides en disant qu’ils sont visqueux , ou qu’ils ont de la viscosité. Enfin un corps liquide peut se trouver dans un état très voisin de celui des corps solides mous ; c’est celui des pâtes en général ou des corps pâteux.

3 . Corps à l’état gazeux, nommés gaz et vapeurs : cette classe comprend l’air qui nous environne de toutes parts, dans lequel nous vivons , et tous les corps analogues qu'on nomme pour cette raison aériformes , corps qu’il ne faut pas confondre avec les vapeurs condensées ou brouillards; ceux-ci étant simplement formés de bulles, de gouttelettes de liquide très petites et suspendues dans l’air.

On nomme spécialement vapeurs, les gaz qu’on obtient des liquides, lorsqu’on les chauffe dans des vases clos de toutes parts; elles sont presque toutes invisibles comme l’air: telle est, par exemple, la vapeur d’eau qui se forme dans l'intérieur des chaudières des machines à feu.

L’origène ou air vital qui entretient essentiellement la combustion des corps et la respiration des animaux; Y azote dont le mélange avec l'oxigène constitue l’air ordinaire et sert à modérer les effets de celui-là , mais qui, employé seul , ne peut entretenir ni la combustion ni la respiration; l’hydrogène ou air injlammable qui, à l’aide d’une certaine chaleur, se combine avec l’oxigène de l’air, et produit la flamme qui éclaire nos habitations; Y acide carbonique résultant de la combustion du charbon pur (carbone) ou de l’union de ce dernier avec l’oxigène , et dont la présence se fait sentir dans les chambres closes où brûle du charbon, dans les lieux où fermentent les raisins, le vin, etc., sont autant de gaz.

L’existence , la matérialité de l'air, des gaz et des vapeurs , est prouvée par toutes sortes de faits : enfermés dans des enveloppes flexibles et imperméables, ou qui ne se laissent pas traverser, par exemple dans une vessie, ils résistent à la pression comme les corps solides ordinaires. — Un verre renversé étant plongé dans l’eau, l’air qu’il contient ne cède point sa place au liquide, mais celui-ci remonte et remplit le verre dès l'instant où l'on pratique à

sa partie supérieure , une ouverture qui permette à l’air de s’échapper. Les vents, les ouragans qui ne sont que de l'air en mouvement, renversent des arbres et des maisons comme le feraient des torrens d’eau; l'air d’ailleurs s’oppose, aussi bien que celle dernière, au mouvement des corps solides, et c’est ce qu’on nomme sa résistance. Enfin on sait encore que le vent est employé comme moteur des machines de l’industrie, et qu’il en est de même de la vapeur d’eau, quoique dans des circonstances bien différentes.

4* Atmosphère. Nous avons insisté principalement sur l’air, parce que c’est le gaz le plus universellement répandu sur notre globe, qu'il l’enveloppe tout entier bien au-delà des plus hautes montagnes ; que tous les corps y sont plongés , et qu’il joue un rôle essentiel dans tous les phénomènes naturels et dans ceux delà Mécanique industrielle. Remarquons d’ailleurs que cette masse d’air immense dans laquelle nous vivons et sommes plongés, se nomme atmosphère j ce qui a fait donner à l’air lui-même le nom d’air atmosphérique , pour le distinguer des autres gaz qu’on nomme quelquefois aussi des airs.

5 . Fluidité , changemens d’état des corps. Lesliquides, les gaz et les vapeurs, se nomment en général des Jluides , d'un mot latin qui signifie couler ,* les corps comme nous l’avons dit sont plus ou moins fluides, ils ne possèdent pas, tous au même degré la fluidité.

Un grand nombre de corps connus peuvent , au moyen de la chaleur et sans subir aucune altération intime ou intérieure, prendre successivement l’état solide, liquide et gazeux: telle est l'eau qui est solide à l'état de glace et de neige, liquide dans son état le plus ordinaire, gazeuse ou à l’état de vapeur quand on la chauffe dans des vases clos. On nomme fusion, liquéfaction le passage de l’état solide à l’état liquide , vaporisation , volatilisation le passage de l’état solide ou liquide à l’état de vapeur, enfin condensation le retour de ce dernier état aux pr-écédens , et solidification , congélation celui de l’état liquide à l’état solide. Certains corps ne sont susceptibles que de prendre deux de ces trois états, du moins par les moyens jusqu’ici connus; il en est d’autres qui ne se présenteut constamment que sous un seul de ces états , tels sont les corps dits infusibles ou réfractaires , et les gaz nommés permanens ,

au nombre (lesquels on doit compter l'air; mais la classe de ces corps diminue tous les jours , à mesure que nos progrès en physique augmentent.

Divisibilité des corps.

6. Fluides. La divisibilité des corps est de toute évidence pour les liquides et les gaz; on conçoit même que la division ou la séparation des parties pourrait y être poussée à un degré extrême ; et , comme tous les corps solides peuvent être amenés à l’état de fluides, au moyen des agens physiques et chimiques, c’est-à-dire en les dissolvant, en les chauffant , en les attaquant avec les acideà, etc., on conçoit que la divisibilité est une propriété générale de la matière. Maisil n’est pas inutile défaire connaître les moyens particuliers qu’on peut mettre en usage pour' opérer et apprécier physiquement, même dans les corps solides, cette extrême divisibilité de lu matière, d’autant plus que ces moyens constituent l'objet principal d’un grand nombre d’arts industriels.

7 . Solides. On divise les pierres , les bois, les métaux, etc., par le choc ou parle frottement, à l’aide de marteaux, pilons, meules, molettes, coins, ciseaux, scies, râpes, limes, rabots, etc.

On sépare les parties les plus fines des plus grossières, avec les tamis et les blutoirs; on atteint encore mieux le but en employant la décantation, la ventilation , ou, dans certains cas, la sublimation.

La décantation consiste à verser dans l’eau les matières, déjà pulvérisées, à les agiter, à laisser reposer le mélange pendant un temps plus ou moins long, selon l'état de division qu’on veut obtenir, puis à transvaser l’eau pour la laisser déposer de nouveau , et ainsi de suite. 11 est des parties tellement fines , qu’elles emploient plusieurs jours pour se précipiter. La décantation exige, comme on voit, que la matière ne puisse se fondre, se dissoudre dans l’eau, et que, par son poids, elle puisse s’en précipiter.

La ventilation remplit le même but. I.’air mis en mouvement par un soufflet , van ou ventilateur, entraîne les parties d'autant plus loin qu’elles sont plus fines. C’est ainsi qu’on divise quelquefois le charbon et le soufré dans les poudreries, et que, dans nos campagnes, on sépare les graines de blé de leur enveloppe.

PRÉLIMIHAIBES. 5

La sublimation consiste à vaporiser les corps au moyen de la clialeur, dans des vases fermés, et à condenser les vapeurs par le refroidissement. C’est ainsi qu’on prépare 1 ajleur de soufre, le mercure ou vif- argent, etc.

8 . Extrême divisibilité des corps. Ces opérations donnent déjà une idée de la grande divisibilité de la matière; en voici encore plusieurs exemples. — Quand on observe le cône lumineux produit par les rayons du soleil, qui traversent une petite ouverture pratiquée dans une chambre obscure où l’on a agité des poussières très- fines, on aperçoit; une infinité de corpuscules ou grains de matière en mouvement , invisibles de toute autre manière, et qu’on ne peut palper ou sentir au simple toucher. — Cinq centigrammes ou un grain de carmin dissout dans i 5 kilog. d’eau , colorent toute cette masse, et le nombre total des parties colorantes visibles, eu supposant deux de ces parties seulement par centigramme d'eau , est de trois millions.

Un fil de platine recouvert d’argent, étiré à la filière, et remis ensuite à nu en dissolvant l’argent dans l’eau-forte, peut être amené à un tel degré de finesse, que son diamètre est seulement le d’un millimètre, et que 5 ooo pieds ne pèsent qu’un grain : il faudrait 140 de ces fils pour former un faisceau de la grosseur d’un seul brin de soie- Or, 3 000. pieds valant 43*000 lignes, et chaque ligne de longueur pouvant, sans difficulté, être partagée en dix parties au> moins, cela fait plus de 4 millions de parties dans un grain de platine formant environ 2 millimètres-cubes.

Ce dernier exemple prouve en même temps la grande ductilité du platine et sa ténacité, l/or et l’argent ne sontguères moins ductiles. Un calcul analogue à celui qui pré-i cède, démontre, par exemple , que l’or qui recouvre le fil doré du brodeur est réduit en lames qui ont au plus 5777; de ligne d’épaisseur; d’oi'i il serait facile de conclure aussi l’extrême divisibilité de l’or.

La nature nous ofire des exemples de corps organisés, où la ténuité et la division de la matière sont poussées plus loin encore : tels sont les animaux infusoires qu’on aperçoit seulement au microscope dans certains liquides, et qui paraissent constitués dans toutes leurs parties d’une manière analogue aux autres animaux, et doués des mêmes qualités physiques , quoique plusieurs milliers puissent tenir sur l’extrémité de la pointe d’une aiguille.

9* Atômes , molécules , etc. L'imagination et le raisonnement peuvent aller au-delà encore, mais s’ensuit-il que les parties des corps soient divisibles indéfiniment? Les phénomènes de la chimie semblent prouver le contraire.

Dans la multitude presqu’infinie des combinaisons et des transformations possibles des corps, la matière sort intacte et avec toutes ses qualités primitives quand on l’a isolée convenablement. S’il n’e.n était pas ainsi, tout finirait par changer de nature et d’aspect sur notre globe, tout s’y anéantirait sans retour, et les lois immuables qu’on y observe depuis tant de siècles, cesseraient bientôt d’y régner.

Les dernières parties de la matière, qui ne sont divisibles ni altérables en. aucune manière, se nomment atômes % et l’on appelle molécule , particule , l’ensemble de plusieurs atômes unis entre eux et formant un groupe.

Porosité des corps.

10. Pores , volume réel , volume apparent. On nomme en général pores les intervalles compris entre les atômes, les particules et les divers groupes de particules qui composent les corps. Les premiers sont tout- à- fait imperceptibles ; quant aux derniers , on peut , dans bien des cas , s’assurer de leur existence. — L’éponge offre l’exemple de pores de diverses grandeurs.

L’espace occupé par la matière propre d’un corps , est ce qu’on nomme son volume réel.

L’espace limité par l’enveloppe extérieure d’un corps , est son volume apparent. >

La différence du volume apparent au volume réel est le volume des pores. Ainsi, plus lé volume apparent diminue, plus il se rapproche- du volume réel ; c’est ce qui a lieu , par exemple, dans l’éponge qu’on peut comprimer jusqu’à un dixième , un vingtième de son volume primitif.

II. Tissus , corps organiques. La porosité est manifeste dans une infinité de corps qui se laissent pénétrer par les fluides : tous les tissus, les étoffes, les cuirs, les bois sont dans ce cas, et c’est sur cette propriété qu’est fondé l’emploi des filtres. — Les bois augmentent de poids et gonflent par l’humidité, ils se retirent sur eux- mêmes et diminuent de poids par la sécheresse, ainsi qu’on le voit dans les planchers , portes et lambris de nos habitations ; c’est pour

éviter ces effets, autant que pour préserver les bois delà destruction , qu'on les recouvre de vernis ou de goudrons. — En insérant des coins de bois bien sec, dans une rainure pratiquée au tour des blocs de pierres à extraire pour en former les meules de moulins, et en les humectant ensuite, ils produisent par leur gonflement des efforts qui suffisent pour détacher ces blocs des massifs qui les renferment. — Les cordes mouillées augmentent également en diamètre et diminuent en longueur; de là un moyen non moins puissant , employé par les anciens pour soulever d’énormes fardeaux.

Pierres. Certaines pierres, telles que le grès ou pierre de sable, servent de filtres comme les tissus; toutes augmentent de poids quand on les expose à l'humidité; sorties fraîchement des carrières elles sont humides, ce qui rend possible la taille même des plus dures, ainsi qu’il arrive entre autres pour la pierre à fusil.

Métaux. Les métaux eux- mêmes se laissent pénétrer par les fluides; c’est ce que prouve l’expérience qui a été faite à Florence, par les académiciens de la Crusca , sur une boule d’or, mince, remplie d’eau, et qui, soumise à une forte pression , laissait suinter le liquide par tous ses pores; expérience répétée depuis pour d’autres métaux.

12. Preuve générale de la porosité. Cependant il n’en est pas ainsi de tous les corps ; le verre , en particulier, parait être absolument imperméable aux liquides et aux gaz, et c’est ce qui le rend précieux dans une foule de circonstances; mais, comme il sera bientôt prouvé que tous les corps indistinctement, soit solides , soit fluides, diminuent de volume par la compression et le refroidissement, il demeure établi que tous aussi ont des pores entre leurs atômes et molécules.

De la compressibilité des corps.

13. Définition. La compressibilité des corps est la propriété qu’ils ont tous d'être réduits, quand on les comprimé, à un moindre volume apparent.

Tissus. Les tissus naturels et ceux des arts, tels que l’éponge , le cuir, les bois, les étoffes, qui sont très-poreux, sont aussi les plus compressibles des corps solides; cette propriété sert à en extraire les liquides qu’ils contiennent.

Les étoffes mouillées, le papier sorti fraîchement de la cuve de fabrication, la betterave réduite en pulpes, abandonnent, sous l'action de la presse , les liquides renfermés dans leurs pores.

Pierres. On sait que les pierres empilées dans les colonnes et les murailles de nos édifices, s'affaissent, se tassent ou se compriment et s’écrasent même sous une charge considérable ; c’est ce que prouve en particulier l’accident survenu aux piliers qui supportent la coupole du Panthéon ou église Sainte - Géneviève, de Paris.

Métaux. Quand on les frappe à coups de marteau, de mouton, de balancier, ils s’écrouissent , ils deviennent plus compacts, leur volume est réduit; c’est ce qui arrive en particulier dans le battage des monnaies.

Liquides. Ils sont en général beaucoup moins compressibles que les corps solides. — L’eau renfermée dans un canon de bronze de 5 pouces d’épaisseur (8 cent.) , et comprimée fortement au moyen d’un piston , fait éclater la pièce avaut que son volume'ait diminué de —. Cette diminution de volume est seulement de - — v u — pour chaque augmentation de pression de i lll ,o55 par centimètre carré de la surface de la base du piston, et il faut une pression de io53 kilogr. ou iooo fois aussi forte, pour que la pièce éclate (*).

1 4- Principe de l’égalité de pression des Jluides. Un

Ï minci pe très-important, découvert par Pascal, est celui de a répartition uniforme ou de l'égalité de la pression exercée par les liquides, en tous sens et perpendiculairement aux parois des vases qui les contiennent: ainsi, par exemple, dans l’expérience ci-dessus, la pression du liquide sur chaque centimètre carré de la base du piston, a lieu aussi sur chaque centimètre carré de la surface du fond et des parois cylindriques de la pièce ; ce principe qui sert de fondemeut à la construction des presses hydrauliques, s’étend d’ailleurs aux fluides aériformes dont il va être question. Il se démontre en pratiquant une ouverture dans une partie quelconque des parois, et la remplissant par un piston; ce dernier est refoulé avec un effort qui est à celui de

(*) Nous verrons plus loin comment la pression peut se mesurer à l’aide des poids-, il ne s’agit ici que d’énoncer des faits , des données de l’expérience. Voyez d’ailleurs les numéros suivans.

l’autre piston, dans le rapport de sa surface en contact avec le liquide, à celle de la surface pareille du premier piston.

Par exemple, si la surface de la base du premier piston est de 5 centimètres carrés, et la pression qu’il supporte 66 kilog. , tandis que la surface de base de l’autre piston est de ia5 centimètres carrés , la pression exercée perpendiculairement à cette dernière sera de = i65o kilog.

15. Gaz. Ils sont les plus compressibles de tous les corps. — Quand on refoule de l’air, au moyen d’un piston, dans un tube cylindrique fermé par un bout (PI. I, Fig. i), par exemple, dans le corps de pompe d’une seringue ou du briquet à air , dit pneumatique , il peut être réduit, par le seul effort de la main, au dixième, au vingtième de son volume primitif; ce volume diminue même à mesure qu’on augmente de plus en plus l’effort ou la pression ; mais il ne peut se réduire à rien en aucune manière , attendu l’inaltérabilité , l’impénétrabilité des molécules de l’air ou des gaz; il y a donc une limite nécessaire à la compression. Quand on diminue ou qu’on cesse tout à fait la pression, le piston revient progressivement vers sa position primitive; et si, le tube étant prolongé convenablement au-dessus du piston, on éloigne ce dernier progressivement du fond, l'air se répand ou s’étend au-dessous, en occupant un espace de plus en plus considérable, sans qu’il paraisse y avoir de limite à cette augmentation de volume, qu’on appelle expansion des gaz , parce qu’en effet ils tendent continuellement à se répandre en tous sens, et à presser également (14) les parois des vases qui les contiennent.

16. Loi de la compression des gaz. Supposons que, dans l’exemple ci-dessus, la pression exercée par l’air sous le piston et par centimètre carré de sa surface, soit de 1 kilogramme quand cet air occupe un certain volume; si ce volume est réduit à moitié par le refoulement du piston , la pression de l’air intérieur sera double ou de a kilog. ; elle sera triple ou de 5 kilog. si le volume est réduit au tiers, etc. Si ensuite on ramène, par degrés, le piston vers sa position primitive , la pression de l'air diminuera dans le même rapport que le volume augmentera, et reprendra précisément les mêmes valeurs pour les mêmes

positions du piston : cette pression se répartissant egalement dans tons les sens, ou étant la même pour chaque centimètre carré de surface pressée (14), on peut dire que les volumes occupés successivement par une même quantitéd’air , sont réciproquement proportionnels à leur force de pression ou de ressort.

Cette loi , découverte par Mariotte à l’aide d’expériences que nous ne pouvons ici faire connaître, s’étend à tous les gaz.

Elasticité des corps .

17. Définition. I/èlasticité est la propriété que possèdent les corps de reprendre leur état primitif quand une cause quelconque les en a fait changer; c’est en cela que consiste proprement la qualité de ce qu’on nomme ressort. — Les ressorts sont d'une grande utilité dans les arts; ils servent à suspendre les voitures, à faire mouvoir les montres et pendules , à diminuer les effets nuisibles des chocs , etc. ; c’est par leur élasticité, leur ressort , que le foin, les découpures de papier, prémunissent les marchandises emballées contre reflet des secousses.

On distingue l’élasticité de forme et l’élasticité de volume. — Le ressort d'acier qui plie, qui change de formesans changer sensiblement de volume , est un exemple de la première ; la deuxième est manifeste dans l'air, dont le volume apparent diminue par la compression, et redevient exactement ce qu’il était dès qu’elle cesse.

18. Fluides. L’élasticité de volume des liquides est parfaite. — I.’eau qui se divise et se déplace si facilement quand elle est libre, n’a point sensiblement d’élasticité de forme; si on la fait diminuer de volume dans un espace clos et suffisamment résistant, et qu’ensuite on l’abandonne à ellemême , elle reprend exactement son volume primitif, et jouit ainsi à un très-haut degré de l’élasticité de volume.

L’air et les gaz en général sont parfaitement élastiques, et reviennent tout-à-fait à leur premier état, quelle que soit la pression à laquelle ils aient été soumis; c’est pourquoi on les nomme quelquefois fluides élastiques.

XQ. Solides ; oscillations , vibrations. Les corps solides ne se comportent pas de la même manière; il y a une

limite Je pression au-delà de laquelle ils sont plus ou moins déformés : le meilleur ressort d'acier se brise quand on le plie au-delà d’un certain terme. — Les corps sont d’autant plus élastiques qu’ils peuvent revenir d’une déformation plus grande; sous ce point vue donc une lame d'acicr est plus élastique qu’une lame de verre, et une lame de verre est plus élastique qu’une lame de plomb; cependant, sous une faible pression, la lame de plomb reprend exactement sa figure primitive, et, dans ce sens, on pourrait dire qu’elle est parfaitement élastique. Il en est de même de toutes les substances; l’élasticité n’est donc en réalité qu’uue propriété relative

Quand les corps solides ont la forme de cubes ou de sphères, leur élasticité, moins apparente que quand ils sont en lames, n’en existe pas moins. — Une boule d’ivoire, enduite d’huile, et tombant d’une certaine hauteur sur une table de marbre ou de fonte, y laisse une tache plus ou moins large qui prouve qu’elle s’est aplatie; elle rejaillit ensuite en s’élevaut plus ou moins haut par l’elfet du débandement de son ressort. — Une boule d’ivoire est plus élastique qu’une boule de plomb , parce qu’elle rejaillit à une plus grande hauteur et qu’elle reprend sa première forme, ce que ne fait pas cette dernière. — Une bande d’acicr circulaire, comprimée dans un sens et abandonnée ensuite à elle-même, s’élargit bientôt en sens contraire, et fait une suite A' oscillations autour de sa forme primitive. Il en est de même de la bille d’ivoire et de tous les corps élas.tiques qui ont été choqués ou dérangés de leur position naturelle, et abandonnés ensuite à eux-mêmes; ils font une suite d’oscillations déplus en plus faibles, avant de revenir à cette position.

Lorsque les oscillations deviennent tellement rapides qu'on ne peut plus les discerner d'une manière distincte , et qu’elles se convertissent en une sorte de frémissement , on les nomme vibrations : ce sont ces vibrations qui , transmises d’abord à l’air, puis par l’air à nos oreilles , y produisent la sensation des différens sons.

‘20. Limite d'élasticité des solides. Les corps solides étant susceptibles de perdre leur élasticité , et cette perte ne pouvant provenir que d’un dérangement , d’une altération moléculaires, il importe , dans les arts, de ne point les sou-

mettre à des efforts <lo traction ou de tension qui dépassent certaines limites.

L’expérience apprend que, sous un effort surpassant 6 à 7 kilog. par millimètre carré de section transversale, une barre de fer, tirée dansle sens de sa longueur, commence à perdre son élasticité , et qu’elle se sépare ou se rompt sous une pression de 35 à 40 kilog. Il en est de même de tous les corps ; ils perdent leur élasticité sous un effort bien moindre que celui qui occasionne leur rupture : le fer , la fonte de fer, les bois de chêne et de sapin, qui se rompent seulement sous des tractions de 35, de «3, de 9 kilog. environ par millimètre carré de leur section transversale , perdent leur élasticité sous des efforts de 6 , de 3 , de 2 kilog. environ. Par exemple , un barreau de fer d’un centimètre ou de 10 millim. de côté, ayant par conséquent 100 millim. carrés de section , pourra perdre son élasticité , si on le tire avec un effort longitudinal qui excède 600 kilog., quoiqu’il ne se rompe réellement que sous un effort 5 à 6 fois plus grand.

Dilatabilité des corps.

21. La dilatabilité est la propriété qn’ont les corps d’augmenter de volume ou de se dilater quand on les chauffe , d’en diminuer ou de se contracter quand on les refroidit , de reprendre leur volume primitif quand on les ramène au même degré de chaleur.

Gaz. Ils sont de tous les corps ceux qui se dilatent le plus

S ar la chaleur. On prouve la dilatabilité de l’air au moyen u thermoscope de Rumfort, qui consiste (PI. I, Fig. 2) dans deux boules de verre, closes, remplies de ce fluide et communiquant entre elles par un tube horizontal dont le milieu est occupé par une goutte d’esprit de vin coloré. La chaleur de la main suffit pour dilater l’air de la boule dont on l’approche , ce qui refoule la bulle d’esprit de vin dans l’autre boule. En éloignant la main, le volume d’air diminue, et la bulle revient à sa place primitive.

22. Liquides ; thermomètres. L’eau et les liquides en général sont aussi dilatables par la chaleur ; c’est ce que démontre le thermomètre , instrument connu de tout le monde, et qui consiste (PI. I , Fig. 5) en un tube de verre, terminé vers le bas par une boule , fermé par le haut et rempli en partie d’un liquide qui est ordinairement dn mercure

PRÉLIMINAIRES . iS

parce que ce métal jouit de plusieurs qualités essentielles

3 ue n’ont pas les autres liquides. Le verre étant très peu ilatable et les liquides l’étant beaucoup , on conçoit que la moindre chaleur doit faire monter le niveau supérieur de ces derniers le long du tube , comme le moindre refroidissement doit le faire descendre. — On gradue l 'échelle du thermomètre en observant successivement la hauteur du liquide quand on plonge l’instrument dans l’eau bouillante et dans la glace fondante, deux degrés de chaleur qui sont constans et faciles à reproduire 5 l'espace compris entre ces deux positions du liquide est ordinairement divisé eu 100 parties égales, dont chacune indique les degrés intermédiaires de la chaleur; c’est pourquoi on nomme ces thermomètres, thermomètres centigrades. Certains thermomètres sont divisés seulement en 80 parties égales, ce sont ceux dits de Réanmur ; dans les uns et dans les autres, la division est prolongée au-dessous du point qui répond à la chaleur de la glace fondante , et qu’on nomme le zéro de l’échelle ; cette division représente les degrés de froid dans le langage ordinaire, et l’on nomme température d’un corps le nombre des degrés du thermomètre, qui répondent usa chaleur.

2 . 3 . Solides ; pyromètres. Les corps solides se dilatent beaucoup moins que les liquides et les gaz ; leur dilatation est cependant rendue sensible lorsqu’on augmente suffisamment l’une de leurs dimensions. — Une barre de métal ajustée d'abord entre deux talons (PI. I, Fig 4), n’y peut plus entrer quand on l’a chauffée à un certain degré. — On construit sur ce principe des instrumens qui servent à mesurer la chaleur de nos foyers les plus ardens, de même que les thermomètres servent à mesurer les températures ordinaires: on les nomme jyromètres.

24 * Notions sur le calorique. Dans ces phénomènes, le calorique ou la chaleur se comporte, à l’égard des corps , absolument comme les liquides qui, en se logeant dans leurs interstices ou pores, les font gonfler ( r 1 ). — En comprimant ou diminuant le volume des corps par un moyen mécanique quelconque, on en soutire une certaine quantité de chaleur qui devient très- sensible quand la compression a été suffisamment brusque et forto. — C’est ainsi qu’en frappant ou frottant violemment le fer, il finit par s'échauffer, et qu’en

,l4 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

comprimant brusquement l’air dans un briquet pneumatique , il s’en dégage assez de chaleur pour enflammer de l'amadou. — Lorsque la compression se fait lentement, la chaleur ou le calorique s’écoule, se dégage d’une manière insensible. — Réciproquement, on observe que, quand un corps augmente de volume par une cause quelconque , il se refroidit, il enlève de la chaleur aux corps environnans: ainsi, dans l’expérience rapportéee N° i 5 , l'air se refroidit ou baisse de température quand on soulève le piston, et il refroidit aussi le tube qui le renferme.

2 5 . Application de la dilatabilité aux arts. La propriété qu’ont en particulier les métaux de changer de volume par la chaleur et par la traction ou la compression a été mise à profit dans les arts. — C'est ainsi que M. Molard est parvenu, au moyen de tirons de fer chauffés, puis ensuite refroidis, à rapprocher et à remettre, dans leur à-plomb, les murs du Conservatoire des arts et métiers de Paris; que l'on a consolidé la coupole de St-Pierre de Rome, d’un cercle de fer; c’est encore ainsi qu’on unit entre elles les jantes des roues de voiture, et qu’on fret te une foule de corps, en les enveloppant avec force de bandes de fer placées à chaud. On conçoit , en effet , que , le métal venant à se refroidir et tendant à rentrer sur lui-mème , fait effort contre les obstacles qu’on lui a présentés, de la même manière ( 17) que s’il avait été réellement allongé par une forte traction.

En se rappelant la dilatabilité des métaux, on évitera une foule de fautes dans les constructions. — On évitera, par exemple, de sceller à leurs extrémités des barres d'une certaine longueur, et dont le raccourcissement ou l’allongement serait nuisible ; on laissera à toutes les pièces le jeu et la liberté nécessaires : ces précautions sont particulièrement indispensables dans l’établissement des lisses en fer des grands pouls, dans celui des tuyaux de conduite en fonte des fontaines, etc.

26. Résultats d’expériences. De o à ioo° centigrades, l’allongement d’une barre de t mètre est , pour

met.

L’acier, de 0,00124

Le fer, de 0,00122

Le cuivre rouge, de 0,0017a

Le cuivre jaune, de. 0,00188 •

Le verre, de 0,00087

L’allongement est à peu près constant d’un degré à l’autre, pour l'intervalle de o à ioo° du thermomètre; mais il n’en est pas tout à fait ainsi au-delà.

D’après les belles expériences de’ M. Gay-Lussac, la dilatation ou l’augmentation de volume de l’air et de tous les gaz, pour chaque degré du thermomètre centigrade , est de 0,00375 de leur volume à zéro, la pres-

sion restant constante ou la même (14 et r 5 ) : ainsi, par exemple, le volume d’un gaz à zéro étant 1"% à 6o° centigrades, il sera i m * -t- i mo ,as 5 , si la pression ou la

tension n'a pas changé.

Idée de la constitution intime des corps.

27. 11 résulte de tout ce qui précède que les corps se composent d'atômes inaltérables , indivisibles et dont la petitesse est telle qu’ils échappent tout-à-fait à nos sens; que ces atômes sont séparés les uns des autres par des intervalles plus ou mpins grands et qui sout susceptibles de varier dans différentes circonstances ; qu’enfin ces mêmes atômes résistent aussi bien aux causes extérieures qui tendent à les rapprocher qu’à celles qui tendent à les désunir , ce qui porte à supposer entre ceux qui sont voisins , des actions réciproques nommées par les physiciens attraction et répulsion. — Sans ces actions , les corps ressembleraient à des monceaux de poussière qui n’ont aucune consistance.

28. Attractions , répulsion moléculaires , etc. Les effets de l'attraction moléculaire se nomment, selon les cas, affinité , adhésion , adhérence , cohésion , cohérence • ils se manifestent dans une infinité de circonstances , tant pour les liquides que pour les solides. Quant à la répulsion , elle est évidente dans les gaz dont les molécules se repoussent constamment et tendent à s’échapper en tous les sens : on s’accorde à supposer que le calorique latent ou la chaleur naturellement enfermée dans les corps, est la cause de la répulsion moléculaire, et que, sans cette chaleur, ils seraient tous à l’état solide.

2g . Attractions à distance. L’attraction et la répulsion dont il s’agit n’ont lieu qu’entre les molécules voisines d’un même corps , ou au contact immédiat de deux corps

l6 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

différens; il existe d’autres genres d’actions qui s’exercent de corps à corps et à des distances quelconques : telles sont l'attraction ou pesanteur universelle qu'on nomme aussi gravité , gravitation , les attractions et répulsions magnétiques , électriques , etc. La pesanteur considérée dans les corps qui sont attirés par notre globe, est la seule qui puisse nous intéresser ici, parce qu’elle joue un rôle essentiel dans tous les phénomènes de la Mécanique industrielle.

De la Pesanteur et de ses effets.

3 0. Tous les corps tendent à tomber ou tombent sur la terre, quand ils cessent d'être soutenus, en suivant une direction qui, pour chaque lieu, est celle de la rerticale indiquée par le Jîl à plomb ; cette direction , comme on le sait par expérience et comme nous le démontrerons directement plus tard , est perpendiculSire à la surface des eaux tranquilles , qui se nomme niveau • prolongée suffisamment vers le bas , elle va passer par le centre du globe terrestre: c’est là un des effets sensibles de l'attraction de ce globe sur les corps placés à sa surface. Mais si , au lieu d’être abandonné à lui- même , un corps est soutenu par un obstacle , par un fil , je suppose , il pèse sur l’obstacle, sur le fil ; et ce second effet , ce résultat de l'attraction terrestre , est ce qu’on nomme le poids du corps : les poids d’ailleurs se comparent entre eux et se mesurent au moyen d’instrumens dont l’usage est généralement connu , et dont nous apprécierons les qualités essentielles quand nous aurons acquis les notions de Mécanique nécessaires.

3 1 . Unité de poids. Le poids qui a été pris pour unité de mesure, en France, se nomme gramme ; io grammes, ioo grammes, 1000 grammes font un décagramme , un hectogramme , un kilogramme • ioo kilogrammes font un quintal métrique , et rooo kilogrammes forment ce qu’on appelle un tonneau, dans la marine.

Le gramme , le kilogramme , le quintal et le tonnèàu sont les poids dont on se sert le plus fréquemment pour peser les corps. — On a aussi divisé , dans ces derniers temps , le kilogramme en 2 livres , la livre en 1 6 onces , etc. ; mais il ne faut pas confondre cette livre métrique et légale

PRÉLIMINAIRE. Vj

avec l’ancienne qui est plus faible d’environ ^ , le kilo-' gramme valant 2,0429 livres anciennes , ou l’ancienue livre* ne valant que o l,1 ,4895.

Poids étalons. Les poids qui servent d’étalons ou de modèles de mesure en France, sont généralement en cuivre' pour les petits poids, et en fonte de fer pour les grands ; mais, comme ces étalons peuvent à la longue se perdre ou s'altérer; malgré toute leur solidité, on a, pour retrouver au besoin l’unité de poids avec l’unité de longueur, un moyen très-: précis que nous ferons bientôt connaître.

32 . Poids absolus et relatifs. Le poids d'une quantité donnée de matière est une chose absolue, invaria— { ble, là où l’action de la pesanteur reste la même ; on a beau changer de mille manières la forme extérieure d’un corps, le diviser en parties, le chauffer , le cômprimer, sonpoids ou le poids total de ses parties ne change pas. — IL n’en est pas ainsi , comme on l’a vu , du volume apparent d'un corps ; ce volume diminue par la compression ou le refroidissement, il augmente par la traction et l’é-' chanffement ; d’où il résulte que la quantité et le poidS' de la matière de ce corps , contenus dans un certain.' •volume, dans un mètre cube, par exemple, sont plus* grands dans le premier cas, et moindres dans le second; àplus forte raison, le poids d’un même volume de diverses substances peut-il différer pour toutes ces substances.

33 . Densité. Le poids d’un corps, sous l’unité de volume apparent, est ce qu’on nûmme sa densité. — L’or' est plus dense que le fer , parce qu'un pied cube , ou un mètre cube d’or pèse plus qu'un pied eube ou un mètre cube de fer. Le cuivre à froid , le cuivre battu ou écroui est plus dense que le cuivre à chaud , le cuivre fondu ou coulé. On dit d’un corps que sa densité est uniforme , constante ou qu'il est homogèpe , quand la densité ou le poids de chacun des volumes égaux et très petits dont il se compose , est le même pour tous.

• 3 /f. Densité de Veau , fixation de l’unité de poids. Par des expériences très-soignées , les physiciens ont reconnu que la densité de l’eau pure ou distillée est la plus grande possible ou à son maximum , à une température (2a) d'en-

\iron 4° au-dessus du o du thermomètre centigrade. C'est ce maximum de densité qui a servi pour établir, d’une manière invariable , l’unité de poids en France , au moyen de l’unité de mesure : on a pris pour kilogramme le /x>ids d’un litre d’eau ramenée à cet état ; ainsi le gramme équivaut au poids d'un centimètre cube de cette eau , le quintal métrique à celui d'un hectolitre , et le tonneau ou iooo kilogrammes à celui d’un mètre cube. — Dans les applicatious de la Mécanique industrielle aux arts , nous

Î iourrons , sans inconvénient , supposer que la densité de 'eau ordinaire et non mélangée , est de iooo kilogrammes pour un mètre cube , quelle que soit la température de l’air.

35 . I,a pesanteur spécifique ou mieux le poids spécifique d’une substance solide ou liquide , est sa densité comparée à celle de l'eau, prise pour unité , c’est-à-dire le rapport de sa densité à celle de cette dernière. Ainsi la densité de l’eau étant i, le poids spécifique de l'or coulé est de 19,268; parce qu’un pied cube ou un mètre cube d’or pèse 19,268 fuis autant qu'un pied cube ou un mètre cube d'eau. Sachant que la derlsité ou le poids du mètre cube d'eau est de' 1000 kil., et ayant le poids spécifique d’une autre substance, on calculera, par les règles de la Géométrie, le poids d'un volume quelconque de cette même substance. — Exemple : un lingot d’or, fondu ou coulé , de 5 centimètres de largeur, 4 cent, de longueur et 2 cent, d’épaisseur, ou de 40 centimètres cubes , pèse 40 fois 19,268 X i* r ““=770* I '' MB ,32 ou o lll ,77o3, puisque le poids du centimètre cube d'eau pure est de i* r ““ ou o k,J ,ooi : tel est l'usage de la table suivante. .1

Table des poids spécifiques des principaux corps solides , et liquides à o 0 de température, donnant le poids du mètre cube de chaque, substance , quand on multiplie les nombres par 1 ooo 1 ' 1 , densité de l eau. .

PI f laminé

Plomb coulé Argent coulé