SUITE DES PHÉNOMÈNES CAPILLAIRES

Nous avons défini les phénomènes capillaires des phénomènes d’adhésion modifiés par la forme des surfaces en contact. Vous avez vu que dans tous les phénomènes capillaires, et particulièrement dans ceux où un liquide s’élève ou s’abaisse au-dessous de son niveau , ou reste stationnaire , la surface devient, dans le premier cas, concave, dans le second cas , convexe ; et enfin , dans le troisième cas , le liquide conserve sa surface plane.

Yous avez vu ensuite que la forme de la surface qui termine le liquide dépend des forces attractives qui déterminent ce genre de phénomènes. Yous avez vu que, lorsque l’attraction du corps solide sur le liquide est égale à la moitié de l’attraction réciproque des molécules entre elles, le liquide conserve son niveau; que, lorsque l’attraction du solide pour le liquide est plus grande que la moitié de l’attraction réciproque des molécules du liquide, il y a élévation; e,t qu’enfin, lorsque l’attraction du solide pour le liquide est plus petite que la moitié de l’attraction des molécules liquides entre elles, il y a dépression.

Nous sommes entrés dans le développement de ces divers principes, et nous avons examiné quelques-uns des principaux phénomènes capillaires.

Il nous reste encore à examiner quelques-uns de ces phénomènes.

Nous avons exposé dans le temps le principe d’Archimède, et nous avons dit que lorsqu’un corps est plongé entièrement dans un liquide , il y perd une portion de son poids égale au poids du volume liquide qu’il déplace. Ce principe énoncé

ainsi, toutes les fois que le corps est complètement immergé* ne souffre pas d’exceptions. Nous avons dit aussi que lorsque le corps n’était pas complètement immergé , le poids de la portion du liquide déplacé par le corps était égal au poids total du corps. Les phénomènes capillaires nous obligent de modifier cet énoncé. Car si l’on suppose un corps mouillé par un liquide , par exemple une boule de liège , dans ce cas , il y a élévation du liquide qui forme autour de la boule une espèce d’anneau , fig. i. Le poids de cette zone liquide ainsi soulevée s’ajoute au poids propre du corps auquel elle est suspendue et adhérente par l’attraction exercée par ce corps. Il en résulte évidemment que le corps doit alors s’enfoncer davantage , et déplacer par conséquent un poids de liquide plus grand que son propre poids.

Ce n’est que lorsqu’il n’y a ni élévation , ni dépression autour du corps, fig. 2, que le poids du liquide déplacé est rigoureusement égal au poids total du corps.

Si le corps n’est pas mouillé, si, par exemple, on met sur un liquide une boule de liège qui aura été vernie, dans ce cas le liquide se déprime tout autour, fig. 5 , et au lieu d’y avoir augmentation de poids, il y a diminution. En effet, comme il y a un vide tout autour du corps, il faut nécessairement que le poids du liquide qui manque soit compensé par la légèreté spécifique du corps. Par conséquent, le corps doit sortir de l’eau d’une quantité précisément égale au poids du volume d’eau qui remplirait le vide autour de la boule.

Ce résultat nous conduit à concevoir comment il se fait que des corps qui ont une densité sept à huit fois plus grande que l’eau, peuvent cependant rester suspendus sur ce liquide. C’est ainsi qu’on peut placer sur l’eau , sans qu’elle s’y enfonce, une aiguille d’acier, d’argent, d’or même, substance qui est extrêmement pesante. La suspension de cette aiguille s’explique précisément par les principes dont nous venons de parler. Dans le cas où l’on place ainsi sur l’eau une aiguille de métal, si l’on observe ce qui se passe, on remarque une dépression autour de cette aiguille, comme il y en a une autour d’une balle de liège vernie. Comment se fait-il que l’eau se courbe ainsi autour de l’aiguille ? C’est que l’aiguille n’est pas mouillée, soit parce qu’elle est recouverte d’un corps gras, soit parce qu’il y a une couche d’air adhérente qui empêche le contact. Dans ce cas, l’aiguille devient plus légère de tout le poids de l’eau qui serait contenue dans le vide qui se trouve de chaque côté.

Cette expérience est facile à faire; il ne s’agit que de poser

l’aiguille 1res doucement; car la plus légère secousse suffit pour la faire sombrer.

Ce phénomène nous explique les irrégularités que présentent quelquefois les aréomètres. Vous savez que les areome^ tres sont desinstrumens destinés en général à donner les densités des liquides dans lesquels on les plonge. On pourrait commettre des erreurs très graves avec les areometres, si l’on n’était prévenu d’une cause d’erreur qui tient a un phénomène capillaire. . . ,

Lorsqu’on gradue un instrument qui doit donner les quantités d’alcool contenues dans un liquide, on a soin que le tube de l’aréomètre soit très propre, et que le liquide le mouille très bien. Dans ce cas il se forme un petit anneau, fig. 4, et l’endroit où la courbe s’arrête est déterminé par un petit point brillant. Ce sera, par exemple la 5oe division. Maintenant il peut arriver qu’en plongeant l’instrument, une lois gradué, dans le même liquide, le liquide au lieu de s elever autour du tube, reste de niveau, ou même qu’il se déprimé, Dans ces deux cas, quoique le liquide soit absolument le même il y aura une différence dans les indications de 1 instrument, et la 5 oe division, audieu de se trouver au niveau du liquide, se trouverait au-dessus. Cet inconvénient a rarement lieu avec l’alcool , parce que ce liquide mouille en general

très bien • •

Il n’en est pas de même de l’eau; aussi est-il assez difficile

de prendre le point zéro pour les aréomètres dans 1 eau pure, car dans ce cas, on peut avoir des variations qui iront à un de°réde Beaumé et même au-delà, et cela parce que le liquide ne^mouillera pas parfaitement; de sorte que tantôt on aura le niveau, tantôt élévation, et tantôt dépression.

Il faut bien prendre garde à cette cause d erreur, et avoii l’attention de bien essuyer les tubes, et même de les laver

avec de l’esprit de vin ou de l’alcali.

Puisque le mercure se déprime dans les tubes de verre, et d’autant plus que ces tubes sont plus étroits, vous concevez que les tubes barométriques qui auront des diamètres diflerens n’indiqueront pas rigoureusement la même hauteur. Par conséquent on conclurait des pressions différentes pour la même colonne d’air ; ce qui serait absurde. Lorsque les tubçs ont un diamètre de 2 millimètres, la dépression va à plus de 8 millimètres. On ne fait pas des baromètres avec des tubes aussi étroits; mais on peut en faire avec des tubes ayant 4, 5 6 millimètres de diamètre ; et dans ces divers cas, il y aurait des différences très grandes dans les indications de ces in-

strumens. On a construit des tables d’après lesquelles on peu! corriger les hauteurs apparentes, et avoir les hauteurs réelles. Dans un tube de 4 millimètres, la dépression est de 2 millimètres, o4, dans un tube de 10 millimètres, la dépression est de omillim- 42. Il faut aller jusqu’à 20 millimètres pour qu’il ne soit plus nécessaire de faire des corrections; car alors la dépression n’est plus que de trois centièmes de millimètres, quantité qu’on peut négliger.

Ainsi vous voyez la nécessité de tenir compte des effets capillaires dans les opérations barométriques, lorsqu’elles doivent avoir une grande exactitude.

Dans le baromètre à syphon que nous supposerons formé par un tube parfaitement cylindrique, des phénomènes semblables ont lieu; mais eomme ils se produisent dans la petite comme dans la grande branche, les corrections deviennent inutiles, car si dans le haut le mercure se tient trop bas, cette dépression se trouve compensée par celle qui a également lieu dans la petite branche. C’est là ce qui rend les baromètres à syphon préférables aux baromètres à cuvette.

11 y a beaucoup de phénomènes dans la nature qui ne sont que des phénomènes capillaires. Ainsi il y a dans l’économie animale, et dans la physiologie végétale, des effets qui dépendent de la capillarité; mais on doit mettre beaucoup de réserve dans les explications qu’on donne de ces effets.

Si une masse terreuse est humide par le bas, peu à peu l’eau doit s’élever à des hauteurs qui seront pour ainsi dire indéfinies, en raison de la distance qui existera entre les molécules. Pour nous convaincre de cet effet, il suffit de prendre un tube de verre rempli de cendre et de le plonger dans l’eau par une de ses extrémités; on verra l’eau monter à des hauteurs considérables par affinité capillaire.

De même lorsque la terre se trouve , après de longues pluies, imprégnée d’humidité, et qu’il vient un temps sec qui dessèche la surface du sol, on voit peu à peu l’eau qui avait pénétré à de grandes profondeurs, monter successivement pour remplacer celle qui a disparu; jusqu’à ce qu’enfin il ne reste, pour ainsi dire, que ce qui est nécessaire pour humecter la terre sans remplir les vides qui se trouvent entre les molécules; car dans ce cas l’effet capillaire disparaît.

Dans un tube d’un millimètre de diamètre, l’eau s’élève à 3o millim., à la température de io°; d’après la loique nous avons citée, elle s’élèverait à 3oo millim. dans un tube dix fois plus petit; elle s’élèverait à 3, 000 millim. ou 3 mètres dans un tube cent fois plus petit; or un centième de millimè-

Ire est une distance qu’on peut appeler sensible, et il y a réellement dans la nature des canaux, des fibres creuses, dont le diamètre est encore plus petit. Si 1 on conçoit une seiie de ces petits tubes communiquant par le bas avec une masse liquide, ils seront terminés par une petite surface convexe. Si les tubes ont le contact de l’air, l’évaporation aura lieu; il y aura par conséquent perte continuelle d’un côté, etdel autre renouvellement continuel.

C’est ainsi que dans les mèches formées par des filamens qui laissent entre eux des espaces capillaires, l’eau peut s’élever à des hauteurs considérables.

La température a une grande influence sur 1 élévation des liquides dans les tubes. Ainsi de l’eau qui est à a° au-dessus de zéro, dans un tube qui aurait -3, donnerait une élé-

vation de 23,milHm-5. Si la température vient à 190, l’élévation est seulement de 22,mUlim-8. En général, plus le liquide est froid et plus l’élévation est grande , et en comparant, au moins pour Peau, la densité à cette élévation, on voit que la hauteur est sensiblement proportionnelle à la densité.

La hauteur est, comme on le conçoit, differente pour chaque liquide. Ainsi, à la température de io°, dans un tube de où l’eau s’élève à a3,milw 18, l’alcool dont la densité est exprimée par 819 millièmes, ne s’élève qu’à 8,millim- 19; l’essence de térébenthine s’élève à S,nfc 9 ; le mercure s’abaisse de 8,™aiîm'2. Lorsqu’on ajoute du sel à l’eau, son élévation diminue. ?

Il est assez remarquable que parmi tous les liquides c’est l’eau dont l’élévation est la plus grande. Par conséquent, toutes les fois qu’on ajoute à l’eau quelque autre substance, l’élévation est moindre. C’est ce que l’on voit particulièrement pour l’alcool et pour l’essence.

Il faut remarquer ensuite que la nature du corps solide ne fait rien relativement à l’élévation ou à la dépression du liquide, lorsque ce corps est parfaitement mouillé par le liquide. En effet, qu’est-ce qui arrive lorsqu’un corps estmouillé par un liquide? Une couche du liquide devient adhérente au solide, et ensuite, en raison du décroissement si rapide des attractions capillaires, qui sont des attractions chimiques, les couches suivantes de liquide ne sont plus soulevées par le corps solide, elles sont soulevées par le liquide lui-même. Ainsi, prenez des tubes faits avec du verre, du plomb , de l’or, du bois, en un mot avec une substance quelconque ; pourvu que les tubes soient mouillés par l’eau, l’eau s’élèvera à la même hauteur dans tous.

L’eau une fois qu’elle est appliquée sur un corps y adhère avec une force extrême : ainsi, je prends un tissu assez lâche, par exemple une toile de tamis, je la plonge dans de l’eau, et lorsque je la retire je vois que chaque maille se trouve remplie par une gouttelette d’eau. Cette eau est tellement retenue par son adhérence à la matière propre du tamis, et par son adhésion pour elle-même, qu’en plaçant le tamis sur un bain d’eau et même en l’enfonçant à une certaine profondeur, ce qui a pour effet de comprimer Pair renfermé sous le tamis, cet air ne s’échappera pas.

On a tiré parti, pour les voiles des navires, de cette adhérence de l’eau pour les corps. Vous savez que ces voiles se font en toile très serrée; car si elles étaient formées d’un tissu lâche, les filets d’air trouvant un passage à travers les mailles de la toile, ne produiraient aucun effet. Mais quelque serré que soit le tissu des voiles, lorsqu’elles sont parfaitement sèches, elles laissent toujours quelques trous par oû Pair peut passer. ïl suffit alors de les arroser pour qu’elles forment un tissu compacte que Pair ne peut traverser en aucune façon.

En chimie il y a une foule de phénomènes qui sont dus à des actions capillaires. Nous citerons particulièrement ceux qui sont connus sous le nom de efflorescence , de grimpement . Le mot effloreseence est peut-être impropre, mais il est consacré. Le mot de efflorescence exprime la propriété qu’ont certains corps d’abandonner de Peau et de tomber en poussière ; comme le sulfate de soude, le phosphate de soude qui, formant des cristaux très transparens, tombent en poussière* après avoir été quelque temps exposés à un air sec.

Voici un autre cas où l’on se sert du mot de efflorescence. Lorsqu’on prend une dissolution saline, qu’on la laisse s’évaporer à Pair, on remarque que la dissolution saline s’élève par action capillaire; à mesure qu’elle s’élève, Peau s’évapore et laisse la matière saline. Le sel qui se forme sert d’appui à une nouvelle quantité de liquide qui s’évapore à son tour, et abandonne une nouvelle quantité de sel. Quelquefois il se forme un vide, une espèce de canal, entre les parois du vase et les parois de la matière saline; de manière que la partie de &el soulevée forme une espèce de végétation. C’est encore là un phénomènecapillaire. On peut arrêter cette efflorescence, ce grimpement, en couvrant les parois du vase d’une matière qui ne se laisse pas mouiller, comme, par exemple, un corps gras.

Quand on recueille des gaz, bien que les gaz soient produits constamment avec la même vitesse dans l’appareil, on

remarque que leur écoulement n’est pas continu; il a lieu par bulles intermittentes. C’est encore là un effet del action

capillaire. ' , , , ,, , ,

Enfin il y a une foule d’autres phenomenes qui dépendent

de la capillarité , que le temps ne nous permet pas d’examiner. Mais on peut toujours, au moyen des principes que nous avons exposés, s’en rendre parfaitement raison.

ÉLASTICITÉ, COMPRESSIBILITÉ, DILATABILITÉ.

Nous allons maintenant jeter un coup d’œil rapide sur quelques phénomènes assez intéressans qui se rapportent a la compressibilité , à l élasticité des corps, j

Vous vous rappelez que les forces attractives et répulsives auxquelles sont soumises les molécules des coips pioduisent les phénomènes chimiques , produisent aussi les phénomènes capillaires. Ces mêmes forces produisent encore d’autres phénomènes, d’apres leur rapport, leur état dequilibie. Ainsi un même corps peut être ou solide, ou liquide, ou fluide élastique, suivant le rapport des lorces attractives aux forces répulsives. C’est une chose assez obscure que cet équilibré des forces attractives et répulsives, qu’on doit admettre, puisque leur existence est démontrée par 1 expérience. Ainsi les molécules des corps, comme dans les solides principalement, s’attirent d’un côté et se repoussent de l’autre; de sorte que l’attraction et la répulsion sont simultanées, existent en même temps dans les corps; ce qui semble un paradoxe et ce qui est pourtant exact. Pour le prouver, il suffit de citer pour exemple la glace dont les molécules sont fixées , retenues par des forces attractives; cela est incontestable. Cependant la glace s’évapore, et on ne peut pas dire que ce soit par affinité pour l’air; nous avons démontré que le phénomène de l’évaporation était indépendant de l’action de l’air, puisqu’il avait lieu dans le vide comme dans un espace occupé par de l’air. Cette évaporation, puisque les molécules adhèrent très fortement ensemble, ne pourrait se concevoir, si ces molécules n’étaient soumises en même temps à des forces répulsives.

Dans les solides, les forces attractives l’emportent de beaucoup sur les forces répulsives, et c’est là ce qui constitue proprement l’état solide.

Dans les liquides, il y a aussi évidemment des forces attractives; j’ai cité comme preuve de l’existence de ces forces , la suspension d’une goutte d’eau, qui ne peut rester ainsi

suspendue que par suite de l’attraction entre ses molécules. Cette attraction dans les liquides est beaucoup plus faible que dans les solides. On peut regarder l’état liquide Comme étant déterminé par l’état d’équilibre des forces attractives et répulsives.

Enfin, nous concevons que dans l’état de fluide élastique , ce sont au contraire les forces répulsives qui l’emportent sur les forces attractives. Cependant ces forces attractives sont toujours présentes, en quelque sorte, et aussitôt qu’elles deviennent prépondérantes, les molécules se réunissent et peuvent former des corps solides, comme cela a lieu pour de l’eau qui peut, par un certain abaissement de température, passer à l’état de glace.

Ainsi nous voyons que les trois états des corps dont nous avons parlé dépendent du rapport des forces attractives et répulsives. Dans cet état d’équilibre, les molécules des corps sont à une certaine distance les unes des autres, et on peut, par des moyens mécaniques, par la compression, rapprocher ces molécules, les forcer à occuper un espace plus petit. C’est une propriété qui appartient à tous les corps; tous sont plus ou moins compressibles en raison de leur nature et de leur état particulier.

Si l’on conçoit que les molécules des corps peuvent se rapprocher, on peut concevoir aussi qu’elles peuvent s’écarter. C’est, en effet , ce que nous avons vu pour l’air et les fluides élastiques en général. En les prenant dans des circonstances déterminées, sous la pression ordinaire de Patmosphère , on peut, en diminuant la pression , écarter les molécules. Il n’y a pas de limite à cet égard.

Il en est de même pour les solides. Si l’on tire un morceau de gomme élastique, elle s’allonge; si ensuite l’action de la force vient à cesser, la gomme revient à son état primitif. Si vous prenez un fil d’une matière rigide , il a une certaine longueur; si vous le tirez par ses deux extrémités, il s’allonge. Cela arrive pour tous les métaux. Yous prenez une lame d’acier et vous la courbez; il est évident, puisqu’il n’y a pas rupture , que les molécules se sont écartées à l’extérieur de la courbure, tandis qu’elles se sont rapprochées dans l’intérieur.

Il en est de même des liquides, on peut aussi les comprimer, et par conséquent l’on peut concevoir que la réciproque a lieu. En effet, lorsqu’un liquide a été fortement comprimé, si l’action de la force comprimante cesse, le liquide revient à son volume primitif.

Ainsi les molécules des corps, dans des circonstances déter-

minées, pour un état particulier dans lequel on les considère, sont en général susceptibles de pouvoir être rapprochées, comme aussi d’être écartées, ou, en d’autres termes, on peut diminuer la distance des molécules, comme aussi on peut l’augmenter.

Cette propriété qu’ont les corps de pouvoir être comprimés ou de pouvoir être dilatés, et de revenir ensuite à leur état primitif, lorsque les forces perturbatrices viennent à cesser, cette propriété, dis-je, est celle qu’on a désignée par le nomd 'élasticité. La distinction que j’ai faite est importante; si l’on se bornait à dire que tous les corps peuvent être comprimés, sans exiger qu’ils revinssent à leur premier état, on n’aurait pas l’idée de l’élasticité. *

Ainsi donc tous les corps jouissent de l’élasticité, mais cette élasticité ne s’exerce pas dans des limites également étendues pour tous les corps. Si je prends une masse d’air, je puis la forcer à n’occuper que le 5ooe de son volume ; et elle revient toujours à ce volume, lorsque la compression cesse. Je puis également dilater cette masse d’air, et elle revient à son état primitif. Les limites dans lesquelles le corps peut être dilaté ou comprimé, sont extrêmement éloignées, pour tous les fluides élastiques.

Pour les liquides, nous ne pouvons assigner d’autres limites à la compression que celles qui sont déterminées par les moyens physiques. Si nous comprimons de plus en plus, les molécules se rapprochent; la limite est assez étendue, mais l’est beaucoup moins que dans les fluides élastiques.

Pour les corps solides, les limites sont beaucoup plus rapprochées; nous ne pouvons écarter leurs molécules, et ensuite leur permettre de revenir à leur premier état, que dans des limites très circonscrites. En effet, il n’y a point de masse solide qui ne doive être considérée comme étant un assemblage de petits cristaux placés dans un ordre symétrique. Si l’on n’écarte les molécules que de fort peu de leur position déterminée , elles pourront y revenir ; mais si le déplacement est considérable , elles peuvent sortir de leur sphère d’activité, et ne plus revenir.

Il y a pour les corps solides une très grande différence à cet égard. Une lame d’acier peut être très courbée, et dans le cas de cette courbure, il y a écartement des molécules extérieures, et rapprochement des molécules inférieures; et cette lame d’acier ainsi courbée peut ensuite revenir parfaitement à sa première position. Par conséquent la limite de l’élasticité sera très éloignée pour l’acier. Pour une lame

d’acier moins pur, la limite sera plus rapprochée. Si on prend une lame de verre, elle ne peut être courbée que d’une très petite quantité sans se briser. Si enfin , on prend une lame de plomb et qu’on la courbe, on voit qu’elle ne revient pas à sa position primitive. En conclura-t-on que le plomb n’est point élastique ? Non , car si l’on prend une bande de plomb qu’on la fixe fortement dans un étau, par une de ses extrémités, et qu’on appuie sur l’autre extrémité, de manière à faire fléchir cette bande, si le déplacement des molécules a été peu considérable, la bande revient à sa position primitive. Par conséquent le plomb est élastique comme les autres corps.

Cela posé, nous allons nous proposer d’examiner suivant quelle loi a lieu le rapprochement des molécules d’un corps, lorsqu’on le charge de poids. C’est un résultat intéressant qui nous conduira à donner en deux mots, la théorie d’un instrument d’un grand usage pour l’électricité et pour le magnétisme, instrument connu sous le nom de balance de torsion , ou de balance de Coulomb .

Le cas le plus simple serait de charger le corps d’un poids. Mais faites attention qu’en prenant un corps dans l’état d’équilibre, s’il faut une certaine force pour rapprocher ses molécules d’une quantité déterminée , il faudra pour les écarter de la même quantité employer une force égale. Ainsi, étant donné un fil de fer supposé parfaitement rigide , concevonsle droit et chargé d’un poids. Le poids va faire diminuer le fil en le comprimant d’une certaine quantité , par exemple d’un millimètre. Au lieu de presser sur le fil , concevons que le poids soit attaché à l’extrémité de ce fil. Dans ce cas , au lieu d’y avoir rapprochement, compression des molécules, il y aura traction , écartement de ces molécules , et la quantité dont le fil sera allongé dans ce. second cas, sera absolument égale à celle dont il se serait raccourci dans le premier.

Ainsi pour connaître la mesure de l’élasticité du fil de fer, il s’agit de chercher la quantité dont il s’allonge pour les poids qu’on lui fait supporter. Cette expérience est extrêmement simple. On a un châssis au haut duquel est suspendu un fil métallique , celui qu’on veut éprouver. Dans le bas , le fil est pincé et lié d’une manière intime avec un cylindre de métal portant un index, fig. 5 ; cet index auquel on peut adapter un vernier glisse le long d’une règle divisée en millimètres.

On regarde le point où s’arrête l’index avant qu’on ait mis les poids, et on appelle ce point zéro. On met ensuite un hectogramme, par exemple , et il y a un certain allonge-

ment. L’index ne correspond plus à la même division , et il descend je suppose d’un millimètre. Je mets un second hectogramme , et le nouvel allongement qui a heu est égal au premier, c’est-à-dire, que le fil se trouve allonge de deux millimètres ; je mets un troisième hectogramme, et 1 allongement est de 5 millimètres. Il ne faut pas croire neanmoins qu on pourrait aller ainsi indéfiniment ; car en continuant a mettre des poids, on finirait par dépasser la limite dans laquelle le corps abandonné à lui-même reviendrait à sa première dimension. Long-temps même avant que le corps soit comme déchiré , son élasticité est détruite ou au moins diminuée d’une manière irrégulière. Pour pouvoir dire que le corps est élastique, il faut qu’en Ôtant ces poids, le corps reprenne ses dimensions premières. Nous n’admettons 1 élasticité que là où un corps ayant été soumis à certaines forces, revient a son état primitif, lorsque l’action de ses forces vient a cesser. En nous tenant dans cette limite, nous observons cette loi, que les augmentations de longueur sont constantes pour des poids constans, et que pour des augmentations de poids, en progression arithmétique , il y a des allongemens egalement en progression arithmétique. Ce résultat simple a lieu non-seulement pour les fils métalliques, mais pour tous les

corps solides. ,, .. .

Dans ce phénomène, de quoi se compose 1 allongement total du fil ? De la somme des écartemens de toutes les molécules. Car les molécules étant elles-mêmes censées ne pouvoir s’allonger, c’est la distance entre ces molécules qui augmente. Pour des poids égaux, la distance entre les molécules croit proportionnellement aux poids ; c’est la traduction de 1 eilet dont nous venons de parler.

Maintenant que nous avons démontre que les molécules, dans le sens de la longueur, s’écartent de quantités constantes pour des poids constans, voyons si cet écartement des molécules suivra la même loi, lorsqu’au lieu d ecarter les molécules dans le sens de la longueur du fil, nous les écarterons dans toute autre direction. Il en est une qui importe beau coup , c’est celle en hélice, c’est celle déterminée par la torsion. Ainsi, je fixe un fil par sa partie supérieure, et je le tords par son autre extrémité ; dans ce cas, la torsion se fera également sentir dans toute l’étendue du fil. En effet, si la torsion n’était pas la même partout, si elle était plus grande d’un côté que de l’autre, rien n’empêcherait que 1 endroit trop tordu ne se détordît, et que celui qui ne le serait pas assez, se tordit davantage.

On peut mesurer la torsion au moyen d’un petit appareil, fig. 6, qui consiste dans un simple fil suspendu à un point fixe par l’une de ses extrémités, et portant à l’autre extrémité une aiguille dont la pointe parcourt les divisions d’un cadran. Ce fil abandonné à lui-même prend une position où il ne tend à aller d’aucun côté. Si on tord le fil, l’aiguille vient s’arrêter sur une des divisions, et lorsqu’ensuite la force qui avait produit la torsion vient à cesser, l’aiguille revient à sa première position. Dans ce cas, l’arc décrit par l’aiguille est la mesure de la torsion, et il faut concevoir que cet arc de cercle est la somme de tous les mouvemens circulaires qui ont lieu dans les diverses molécules ; de même que l’allongement total du fil de fer qui a fait le sujet d’une expérience précédente, était la somme de tous les écartemens entre les molécules.

Pour nous rendre raison du phénomène de la torsion , concevons un fil, fig. 7, que nous supposerons assez gros pour rendre la chose plus sensible; concevons, dis-je, ce fil divisé en tranches très rapprochées les unes des autres , et qui sont parallèles entre elles et perpendiculaires à la longueur. Considérons les molécules placées sur une même arête du cylindre, par exemple , la ligne A B , faisons tourner la première tranche d’un degré; toutes les tranches inférieures vont être transportées également d’un degré. Faisons ensuite tourner la seconde tranche, et les tranches inférieures se trouveront transportées de la même quantité, ainsi de suite. De sorte qu’ayant ainsi conçu le fil coupé en une série de tranches, on voit dans la fig. 7 que la seconde tranche a dépassé la première d’un degré; la seconde a dépassé la troisième également d’un degré, ainsi de suite, et nous avons dans l’angle de déviation totale la somme de toutes les déviations partielles des molécules l’une par rapport à l’autre.

Puisque nous avons vu que pour les corps solides, en restant dans les limites où l’élasticité se maintient parfaitement, les déplacemens des molécules sont proportionnels aux poids ou bien aux forces en général, la même loi doit exister ici , et nous pourrons dire que les déplacemens des molécules sont aussi proportionnels aux poids ou aux efforts qu’il faut faire pour opérer ces déplacemens ; efforts que nous désignons par le nom de forces de torsion. En effet , les molécules sont déplacées d’une manière proportionnelle aux efforts qu’elles éprouvent, c’est-à-dire aux forces de torsion. L’angle total de torsion n’est autre chose que la somme de tous ces déplacemens; par conséquent, les angles de torsion sont pro-

portionnels aux forces de torsion. Ainsi une certaine force produisant un angle de torsion de io°, une force double , produira un angle de 20% une force triple , un angle de 3o% ainsi de suite.

Quand on a ainsi écarté l’aiguille de sa position , et qu’on a produit une certaine torsion, l’aiguille abandonnée ensuite à elle-même fait des oscillations, des allées et des venues, comme un pendule. Cela se conçoittrèsbien. L’aiguille en se détordant acquiert une certaine vitesse, et, au moment où l’aiguille est revenue à son point de départ, la vitesse acquise doit produire une torsion égale et en sens contraire de celle qui avait eu lieu . D’après les principes qui ont été exposés en traitant du pendule, il est facile de concevoir que les oscillations, qui ont lieu dans le cas que nous examinons, doivent être isochrones, c’est-à-dire, doivent se faire dans le même temps.

Si l’on prend un fil de même grosseur, mais de longueur différente, alors les forces de torsion, pour les mêmes angles de torsion , sont en raison inverse des longueurs, c’est-à-dire que, si nous prenons un fil double, l’angle de torsion restant le même, les molécules étant deux fois plus nombreuses, il est clair que les écartemens doivent être deux fois moindres.

Lorsque les fils changent de diamètre , lorsqu’ils deviennent plus gros, dans ce cas, la loi varie très rapidement, et les forces de torsion sont proportionnelles à la quatrième puissance des diamètres.

Ces effets simples, dont nous venons de parler, donnent la théorie de la balance de Coulomb. Je n’ai qu’un mot à dire sur cette balance, que vous concevrez beaucoup mieux par ses applications à l’électricité.

Cette balance , fig. 8, se compose d’un fil d’argent très fin, fixé par son extrémité supérieure. Ce fil traverse un tube creux et se prolonge dans une cage en verre destinée à garantir des oscillations de l’air. Ce même fil, tendu par un petit poids, porte à sa partie inférieure un levier horizontal. Autour de la cage sont collées des bandes de papier, sur lesquelles on a tracé les degrés du cercle. La cage étant carrée, il faut supposer qu’on ait prolongé les rayons du cercle jusqu’à ce qu’ils soient venus rencontrer les parois de la cage.

On connaît l’angle de torsion par la déviation du levier ou de l’aiguille. Ainsi je suppose que l’aiguille soit à 90% et que par une cause quelconque, comme une répulsion électrique, elle vieune correspondre à3o°; l’angle de torsion sera, par conséquent, de 60 degrés. Pour pouvoir, quand on veut,

avoir (les torsions beaucoup plus grandes, des torsions de 56o° et même au-delà, la partie de l’appareil qui soutient le fil est mobile et porte un index qui tourne autour d’un cadran, egalement mobile , sur lequel sont tracées les 36o divisions du cercle ; de manière qu’on connaît de combien de degrés on fait tourner l’aiguille. Au moyen de ce mécanisme on peut produire la torsion dans la partie supérieure au lieu de la produire dans la partie inférieure. *

Les liquides jouissent de la même propriété que nous venons d’examiner dans les solides. Nous allons établir en effet que les liquides sont compressibles, et qu’ensuite ils reviennent exactement à leur état primitif. Nous ne pouvons assigner à cette élasticité des liquides d’autres limites que celles de la force mécanique nécessaire pour les comprimer, tandis que dans les solides , lorsqu’on a dépassé une certaine limite, il se forme un nouvel état d’équilibre , et le corps ne revient plus à ses dimensions primitives.

Nous ne pouvons déterminer la loi de l’élasticité des liquides, qu’après avoir déterminé suivant quelle loi ils se compriment. C’est, par conséquent, de la compression dont nous allons d’abord nous occuper.

Il y a déjà fort long-temps que les académiciens de Florence ont cherché à s’assurer si les liquides étaient compressibles. Dans l’année 1657 5 enfermèrent de l’eau dans une boule d’argent qu’ils fermèrent exactement, et qu’ils soumirent ensuite à une forte pression. La boule se déforma , devint toutà-fait irrégulière , et ils aperçurent en même temps des gouttelettes d’eau. Les académiciens de Florence conclurent de là que l’eau résistait à la compression.

D’autres essais furent faits plus tard, mais également sans succès. Les premières expériences qui ont conduit à des données précises sur ce sujet sont dues àKanton. Son expérience consiste à prendre une boule, fig. 9, terminée par un tube étroit, divisé en parties connues relativement à la capacité totale; à placer cette boule sous le récipient de la machine pneumatique, et à faire le vide ou à laisser entrer l’air après qu’on a fait le vide. Dans le premier cas on voit le liquide s’élever, et dans le second on le voit baisser, de manière que l’abaissement est précisément égal à l’élévation.

L’expérience se fait encore au moyen de tubes, fig. 10, qu’on a remplis de liquide, à l’exception d’un espace dans lequel on a fait le vide, et qu’on a fermés ensuite A la lampe. En cassant l’extrémité de ces tubes, ce qui permet à l’air de rentrer, 011 voit le liquide baisser aussitôt ; ce qui prouve évidemment que le liquide est compressible.

Les académiciens de Florence avaient employé un appareil fort ingénieux, et on ne peut concevoir qu’ils n’aient pas aperçu la compression, qu’en supposant qu’ils ont lait 1 expérience dans des circonstances qui n’étaient pas bien deter-

Leur appareil consistait dans deux boules, fig'. 1 1 ? muniquant par un tube. Les boules étaient remplies de liquides, et il y avait de l’air entre les deux liquides. Je suppose qu’on veuille savoir si le liquide est compressible ; on le maintient à une température constante, dans l’une des boules, tandis que dans l’autre on le chauffe , de manière qu il se produise une vapeur qui, s’élançant dans le tube , comprime 1 air et par suite le liquide de l’autre boule. Dans ce cas, il doit y avoir une diminution de volume très sensible. .

Kanton atrouvé ce résultat remarquable, quel eau de pluie

se contracte, pour une atmosphère, de 46 millionièmes de son volume; l’eau de mer de 4° millionièmes , 1 huile d olive de 48 , et enfin le mercure de 5. Ces résultats qu on trouve dans les volumes 5a et 54 de la Société royale c e Londres, ont été très peu modifiés, particulièrement pour l’eau par les expériences nombreuses faites par d autres physiciens.

^ OErstedt a imaginé un appareil très simple pour mesurer la compression des liquides. Cet appareil, fig. 12 ? consiste dans une espèce de thermomètre a , qu’on remplit clu liquide qu’on veut soumettre à la compression. On met ensuite pardessus ce liquide un petit index de mercure , afin d isoler le liquide intérieur de celui qui doit l’envelopper. Four connaître la pression qu’on exerce sur le liquide , on adapte a l’appareil un tube é, divisé en parties égales. Le tout se place sous un large tube en cristal, qui doit être très solide., Dans la partie supérieure de ce tube, il y a un piston qui est en contact avec l’eau dont ce large tube est rempli. Ce piston s’avance au moyen d’une vis dont les pas sont très rapprochés, ce qui permet d’exercer une pression considérable , en

n’employant qu’un effort assez faible. ,

A mesure qu’on enfonce le piston , 011 voit 1 index s enfoncer dans le tube où est renfermé le liquide soumis à l’expérience, et comme ce tube est divisé en parties connues relativement à la capacité totale , on a le rapport de la diminution de volume au volume total.

D’une autre part, on connaît par la diminution du volume de l’air renfermé dans le tube é, quelle est la pression que 1 on a exercée. C’est par une expérience semblable qu’OErstedt

a constaté que la compression des liquides était sensiblement proportionnelle au nombre d’atmosphères. Il est allé jusqu’à 72 atmosphères, et il a trouvé que la loi se maintenait.

Ce résultat a été confirmé récemment par les expériences de Coladon.

On a soumis divers liquides à l’expérience, et on a trouvé des résultats différens pour chaque liquide. Ainsi l’alcool se contracte de 45 millionièmes de son volume; Kanton avait trouvé 46- L’éther sulfurique se comprime trois fois plus que l’alcool, et il est deux fois aussi compressible que le sulfure de carbone. Le mercure ne se contracte que d’un millionième; Coladon a trouvé une contraction plus grande; il a trouvé le nombre cinq.

Le verre étant aussi susceptible de se comprimer, il a été nécessaire de faire une correction. Enfin de nombreuses expériences rendent incontestable que les divers liquides sont susceptibles de compression.

Dans ces diverses expériences, la chaleur dégagée n’est pas sensible, à moins qu’on ne fasse subir aux liquides une compression très subite.

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IMPRIMERIE DE E. DDVERGER,

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