Mariotte a imaginé un appareil où l'eau exécute cer

Flacon Mariolle

tains mouvements, et prend diverses positions d'équilibre, qui peuvent être facilement expliqués par Tenet de ls pression atmosphérique et des pressions qu'elle occasione dans l'intérieur du liquide. Cet appareil fournit ainsi plusieurs vérifications importantes; il est connu sous le nom de Jlacon de Mariotte. Ce flacon est rempli d'eau-, sa pa- Fic. 4a. roi latérale est percée de trois ouvertures C, B, A, situées à différentes hauteurs , et que l'on peut ouvrir et fermer à volonté , mais qui sont assez étroites pour ne pas permettre la rentrée de l'air en mime temps qu'elle donne issue à l'eau , ou inversement. La tubulure du vase est exactement fermée par un bouchon , traversé par un tube ouvert aux deux bouts et qui est d'abord plein d'eau. Si Ton débouche l'orifice B, on voit le liquide s'écouler par cet oriflee jusqu'à ce que son niveau dans le tube soit descendu en b sur le même plan horizontal queB-, alors l'équilibre se rétablit. On doit conclure d'abord de cet équilibre que la pression exercée par l'air sur le liquide en et qui agit de haut en bas , est égale à celle que l'air exerce en B dans une direction horizontale.

En effet , la pression en b est celle qui serait due au poids d'une colonne d'eau de i o mètres environ de hauteur. L'équilibre existant dans la masse liquide exige que toutes les molécules d'eau situées sur le plan horizontal P&B supportent cette même pression , et réagissent par leur propre résistance pour la détruire. Une molécule en contact avec la paroi supérieure du vase , telle que m , doit éprouver dans tous les sens une pression égale à celle qui serait due au poids d'une colonne d'eau ayant pour hauteur i o mètres diminués de la distance verticale de m au plan Pb : la résistance offerte par la paroi et la réaction qui s'ensuit sont

donc équivalentes à cette dernière pression. Ainsi , toutes les molécules situées sur le plan P6B sont sollicitées par la pression due au poids d'une colonne d'eau de 10 mètres , que le vase ait effectivement cette hauteur au-dessus du plan , ou que ses parois ajoutent par leur réaction ce qui manque à cette hauteur. Le liquide tend donc à sortir en B en vertu d'une pression égale au poids de 10 mètres d'eau ; mais cette pression est détruite par celle opposée de l'atmosphère à l'ouverture B, et l'équilibre subsiste.

Si l'on bouche maintenant B , et qu'on ouvre l'orifice A plus élevé , l'équilibre sera détruit , car la pression atmosphérique qui agira en A , de dehors en dedans , sera plus grande que celle qui pousse le liquide à sortir -, l'excès de la première sur la seconde étant égal au poids d'une colonne qui aurait pour base l'orifice A , et pour hauteur AB. De Vair entrera donc dans le vase jusqu'à ce que le liquide, s'élevant dans le tube, atteigne le niveau de A -, un nouvel équilibre s'ensuivra. La portion d'air introduite dans la partie supérieure du vase aura alors une force élastique moindre que la pression extérieure , d'une quantité égale au poids d'une colonne d'eau qui aurait toujours pour base l'unité de surface, et pour hauteur la distance verticale comprise entre le niveau intérieur du liquide dans le flacon et le plan horizontal en A.

Si , au contraire , les deux ouvertures A et B étant fermées , on ouvre l'orifice C situé plus bas que le tube, le liquide s'écoulera ; car la pression atmosphérique en C sera moindre que celle qui pousse le liquide à sortir, d'une quantité égale au poids d'une colonne d'eau ayant pour hauteur la distance verticale comprise entre l'orifice C et le niveau du liquide dans le tube. Ce niveau baissera d'a-

bord -, lorsqu'il aura atteint l'extrémité inférieure du tube , l'équilibre ne pouvant encore subsister , de l'air s'introduira par cette extrémité 0 dans l'intérieur du vase , et le liquide continuera de couler en C. Tant que le niveau de l'eau dans le flacon sera supérieur à 0 , on conçoit que la vitesse de l'écoulement en C restera constante, car elle sera toujours due à la différence des pressions éprouvées par le liquide sur les plans horizontaux en 0 et C. Mais lorsque toute la masse d'eau d'un vase supérieure à 0 aura disparu , l'écoulement diminuera de vitesse jusqu'à ce que le niveau mobile ait atteint l'orifice C.

Siphon. <P. On se sert pour transvaser les liquides d'un appareil connu sous le nom de siphon, dont le jeu s'explique facilement d'après les lois que suivent les pressions dans les liquides et les gaz. Le siphon consiste en un tube recourbé

Fie. 43. à branches inégales , qui plongent dans deux vases V et V, contenant un même liquide dont le tube est aussi rempli. Concevons que tout l'appareil soit placé dans une capacité A contenant un fluide élastique ou un autre liquide pesant. Si les surfaces de niveau du liquide , dans les deux vases Y et V, sont sur le même plan horizontal , il est évident que le liquide du siphon sera en équilibre , car il n'y aura pas de raison pour qu'il coule d'un côté plutôt que de l'autre.

II s agit de prévoir ce qui doit avoir lieu, si l'un des vases , V par exemple, est plus bas que l'autre. Soient à cet effet h la différence de hauteur des niveaux dans les deux vases , d et d' les densités du liquide contenu dans le siphon , et du fluide enveloppant. Le plau du niveau dans V sera sollicité extérieurement à la branche du siphon par une pression dépendant du fluide ambiant , qui surpassera de ghd1 la pression correspondante sur le plan de ni-

veau en V . Cet excès de pression , exercé en 0 de bas en haut , tendrait à faire marcher le liquide du siphon , de V vers V. Mais en même temps la pression exercée par le liquide du siphon sur le plan du niveau en V, surpassera de ghd celJe qu'il exerce en V. L'excès de cette nouvelle pression , exercée en 0 de haut en bas , tendra à détruire l'effet des pressions du fluide enveloppant. D'après cela , si d=zdi , le système sera en équilibre -, si d surpasse d*, le liquide du siphon marchera du vase le plus haut vers le plus bas , si a* surpasse d , il montera au contraire du vase Fie. le plus bas vers le plus haut.

Lorsque le fluide enveloppant est un gaz ou l'air atmosphérique , r/ surpasse d'\ le liquide s'écoulera donc de Yen V7 , et cet écoulement continuera jusqu à ce que les surfaces libres du liquide dans les deux vases aient atteint le même plan de niveau. Il n'est pas indispensable que l'orifice inférieur du siphon soit immergé; il suffit qu'il soit audessous du niveau dans le vase supérieur , et la veine d'écoulement pourra traverser l'air avant d'atteindre le vase destiné à la recevoir ; mais aussitôt que le niveau supérieur s'abaissera au-dessous de cet orifice , l'air ou le gaz ambiant pénétrera dans le siphon , et son effet cessera.

Dans tous les cas, pour faire usage de cet instrument, il fout d'abord remplir le tube -, c'est ce qu'on appelle amorcer le siphon. Pour cela, on peut le retourner, y verser directement le liquide , et le mettre en place en bouchant ses deux extrémités, ou même une seule si le tube est d'un diamètre assez petit pour que l'air ne puisse diviser la colonne qui restera libre -, ou bien on met de suite le siphon vide dans la position qu'il doit occuper , et plaçant la bouche sur l'extrémité inférieure , on en retire l'air

II* COtJRS DE PHYSIQUE.

par une forte aspiration •, le liquide du vase dans lequel il plonge par sa plus courte branche , étant poussé par l'excès de la pression atmosphérique, s'élève dans Je tube et le Fie. 45« remplit. Cette opération est rendue très facile au moyen d'un tube vertical ouvert par le haut , et qui communique vers le bas avec l'extrémité de la longue branche -, on bouche cette branche avec le doigt, tandis que l'on aspire l'air par le bout supérieur du tube additionnel -, mais il faut avoir soin que l'orifice de communication de ce tube reste au-dessous du niveau du liquide à transvaser, car l'air atmosphérique agissant directement à cet orifice, c'est comme si le siphon se terminait en cet endroit.

On se sert quelquefois, dans les travaux hydrauliques , de canaux ayant la forme du siphon , et destines à déverser une grande masse d'eau d'un niveau à un autre plus bas de quelques mètres. Pour amorcer ce genre de siphon sur place , on bouche ses deux extrémités , et on le remplit par une ouverture pratiquée au sommet du coude supérieur, que l'on ferme ensuite-, ou mieux encore, on adapte sur cette ouverture le corps d'une pompe aspirante qui enlève l'air intérieur. Le siphon une fois rempli d'eau, produitson efTet ; mais cet efiet s'arrête quelquefois , à cause de l'air entraîné ou des gaz dégagés par l'eau , lesquels s'accumulant dans l'appareil finissent par remplir la partie courbe j il faut alors faire mouvoir la pompe qui enlève ces gaz, et l'écoulement recommence.

Il3

Écoulements uniformes. — Gazomètres. — Écoulements intermittents. — Jets de liquide. Fontaines. — Mesure des poids. Balance* — Mesure des densités. Aréomètres. — Mesure des volumes.

96. Les propriétés des liquides et des gaz sont utilisées Écoulements il ans un grand nombre de circonstances -, mais de toutes les dêTiquMM. applications des principes de l'hydrostatique, nous ne pouvons citer ici que les appareils et les moyens de mesure , qu'il importe de connaître pour continuer l'étude de la physique. On a souvent besoin de se procurer un écoulement de liquide , ayant une vitesse constante et donnée -, . voici plusieurs moyens de remplir cet objet. Le flacon de Mariotte peut servir dans cette circonstance -, car en faisant varier convenablement la distance verticale qui sépare ForîGce inférieur du tube , de l'ouverture pratiquée au fond du vase , le liquide s'écoulera uniformément , avec telle vitesse que l'on voudra. On peut encore employer le sî- Fie. (f. phon, en l'équilibrant par un contre-poids, et maintenant son orifice dans la même position , relativement à la surface du liquide, au moyen d'un flotteur-, de cette manière tout le siphon suit le mouvement du niveau, et l'écoulement est toujours occasioné par la même différence de 1. 8

I l4 COURS DE PHYSIQUE.

pression. Un autre appareil très commode consiste dans un flacon plein d'eau , à deux tubulures : l'une d'elle est tra-

Fie. 47. versée par un tube % droit comme dans le flacon de Mariotte, l'autre par la plus courte branche d'un siphon qu'on amorce facilement en souillant par le tube -, l'écoulement continue ensuite avec une vitesse constante , due à la différence de niveau des orifices inférieurs du tube droit et de la branche extérieure du siphon.

Enfin on produit un écoulement uniforme , en rendant le niveau stationnaire dans un vase d'où s'échappe un liquide. Pour cela on plonge dans le vase A, sur lequel la

Fie. 48. pression atmosphérique agit directement, le goulot d'un autre vase renversé B rempli du môme liquide, et servant de réservoir; l'orifice 0 de B doit être placé dans A au lieu même du niveau proposé. Lorsque le liquide s' écoulant laisse libre l'ouverture 0, de l'air entre dans le réservoir B, et l'eau qui en sort relève le niveau au-dessus de l'orifice*, il baisse de nouveau jusqu'à ce que l'ouverture 0 encore une fois découverte , laisse s'introduire une nouvelle quantité d'air, et ainsi de suite. De cette manière le niveau n'est pas précisément constant, mais les limites entre lesquelles il oscille peuvent être assea rapprochées , relativement à la profondeur de l'ouverture qui laisse écouler le liquide de A , pour qu'on puisse négliger cette variation. Des procédés analogues à ceux que nous venons de décrire sont employés dans les lampes , afin d'alimenter la mèche par un courant d'huile de vitesse constante, condition essentielle pour obtenir un éclairage régulier.

Ecoulements 97. Tous les appareils qui procurent un courant de li-

de cas. quide peuvent être utilisés pour produire des écoulements uniformes de gaz. A cet effet le vase qui contient le fluide

SIXIÈME LEÇON. I l5

Mastique est muni d'une tubulure par laquelle s'introduit j.I(J ^ le courant de liquide avec vitesse constante , et le gaz déplacé s'écoule alors uniformément par un tube latéral. Lorsqu'un courant d'air , obtenu par ce moyeu , débouche dans un flacon contenant une vessie gonflée , cette membrane pressée laisse échapper le gaz qu'elle contient, avec une vitesse pareillement constante -, on se sert de cet appareil plus compliqué quand il importe d'éviter le contact du liquide et du gaz.

Dans les usines où l'on prépare et distribue le gaz pour l'éclairage , on se sert d'un procédé différent. La cloche en tôle où le gaz est recueilli , et qui porte le nom de gazomètre* est soutenue au-dessus d'une cuve à eau par un f,g. 50. contre-poids, tel que lors de l'équilibre le niveau du liquide dans la cloche soit inférieur de quelques centimètres au niveau extérieur. Le gaz ayant ainsi une force élastique un peu plus grande que la pression atmosphérique , s'écoule par le tuyau de conduite général , qui débouche en siphon au fond du gazomètre. A mesure que la quantité de gaz diminue , la cloche s'abaisse, plonge davantage dans la cuve, et perd conséquemment de son poids mais on peut compenser exactement cette perte en donnant une dimension convenable a la chaîne pesante qui soutient le gazomètre , car elle s'allonge au-dessus de lui en se raccourcissant du coté du contre-poids. De cette manière la différence de niveau est conservée , et la vitesse d'écoulement du gaz reste constante. Pour remplir le gazomètre , on ferme le tuyau de conduite générale, afin d 'en ouvrir un autre débouchant aussi sous la cloche , et qui communique avec l'appareil où le gaz est produit.