PRESSE HYDRAULIQUE

Cette vérité, toute simple qu’elle est, reçoit une application extrêmement importante dans une machine dont on a tiré une très grande utilité, et qui est connu sous le nom de presse hydraulique. Cette presse a été imaginée et conçue par Pascal, mais elle est restée long-temps sans application, parce qu’on n’avait pu parvenir à construire une machine qui pût bien fonctionner. C’est de nos jours que l’exécution de cette machine a été tentée avec le plus grand succès, en Angleterre, par Bramah, qui en a fait un instrument qui est aujourd’hui très répandu.

Cette machine est absolument fondée sur l’équilibre de deux colonnes liquides communiquant ensemble. Supposez un réservoir très large, et à côté un réservoir d’un diamètre beaucoup plus petit, mais communiquant avec le premier: le liquide se tiendra de niveau dans tous les deux; vous pouvez réduire l’un à n’avoir qu’un diamètre d’un millimètre, tandis que l’autre en aurait un de plusieurs mètres. Si vous

mettez de l’eau dans des vases qui ment entre eux cette proportion, vous aurez deux colonnes d’eau, l’une dont le poids réél sera très considérable et sera exprimé par le poids d’une colonne cylindrique ayant pour base la base du large réservoir, et pour hauteur celle à laquelle vous aurez élevé le liquide dans ce réservoir; l’autre très étroite, et qui fera néanmoins équilibre à la large colonne.

Imaginons que nous ayions un diaphragme mobile comme un piston, au pointé, fig. 3. La colonne liquide au-dessus de ce diaphragme le presse de tout son poids; mais il est tenu en équilibre par la pression qu’exerce de bas en haut le liquide contenu dans la petite branche. Si nous supposons que le petit tube soit enlevé, la large colonne tomberait de tout son poids. Au moyen du petit tube , elle ne tombe pas. Par conséquent, en supposant que la large colonne n’existe plus, et que nous conservions la pression du petit tube, il est évident que puisque auparavant elle faisait équilibre au poids de la large colonne, il faudra, puisque le poids de la petite colonne n’a pas changé , que le diaphragme soit poussé de bas en haut avec le poids de toute la colonne qui était contenue dans le grand vase.

C’est là le principe très simple sur lequel repose la théorie de la presse hydraulique. Avec cette machine, un homme d’une force moyenne, qui peut supporter, par exemple, un poids de 5o kilogrammes peut produire facilement une pression sur un décimètre carré de 5o,ooo kilog» ou de cent milliers, en ne tenant pas compte du temps, et portant uniquement son attention sur la pression à exercer.

Je suppose donc un homme pouvant supporter 5o kilogrammes d’eau ; 5o kilogrammes d’eau nous représentent en volume 5o décimètres cubes; remarquez bien cette liaison entre les poids et les volumes, qui nous permet de passer facilement de l’un à l’autre.

En donnant à la colonne liquide un décimètre carré de base, nous n’aurons pour hauteur de la colonne que 5o décimètres ou 5 mètres. Mais si nous réduisons le diamètre de la colonne à n’avoir qu’un centimètre carré, au lieu d’un décimètre, le décimètre contenant cent centimètres, nous aurons pour hauteur de la colonne 5 mètres multipliés par îoo, c’est-â-dire , 5,ooo mètres; et cette colonne n’exercera toujours sur la main de l’homme qui la supporte, qu’un effort représenté par le poids des molécules liquides qu’elle contient, c’est-à-dire, par 5o kilogrammes.

Si maintenant nous faisons communiquer avec un tube

étroit un autre tube qui ait un décimètre carré de base, en donnant à ce tube la même hauteur qu’à l’autre, il pourra contenir une colonne liquide de 5o,ooo décimètres cubes , à laquelle l’autre colonne ferait parfaitement équilibre.

On peut ne donner à la petite colonne que 5oo mètres, et en employant un levier dont le petit bras est le dixième du grand, ce qui donne une force dix fois plus grande, on exerce une pression égale à 5o,ooo mètres.

Nous n’avons pas de modèle à vous présenter de la presse hydraulique ; mais vous pouvez vous rendre raison de cette machine en vous pénétrant bien que la puissance de la machine dépend du diamètre de la large colonne et en même temps de la hauteur de la petite. Plus cette colonne sera petite, plus le poids que vous pourrez supporter atteindra à une hauteur considérable.

Pour que les liquides se tiennent parfaitement de niveau dans deux vases communiquant ensemble , il faut que ces liquides soient de la même nature. Si nous supposons que ce soit des liquides de nature différente, le niveau ne peut plus avoir lieu. Ceci nous conduit à vous parler pour la première fois des liquides, n’ayant pas ce qu’on appelle la même densité, et nous devons vous définir ce que nous entendons par là; nous y reviendrons plus tard pour apprendre à mesurer les densités avec précision.

DENSITÉ DES COEPS.

On entend par densité le rapport de la quantité de matière contenue dans un corps, à la quantité de matière contenue dans un autre corps, qu’on prend pour unité, toujours sous le même volume.

Supposons que nous ayions d’abord rempli un vase d’eau, et qu’après avoir enlevé cette eau nous ayions mis du mercure à la place , nous nous apercevrons facilement par l’effort qu’il faudra faire pour soulever le vase, dans l’un et l’autre cas, qu’il y a plus de matière dans le mercure que dans l’eau sous le même volume. Nous exprimons cela d’une manière générale en disant que le mercure est plus pesant que l’eau, mais cette expression n’est pas exacte. Pour qu’elle soit juste il faut prendre en considération le volume du corps. Quoiqu’on dise que le plomb est plus pesant que l’eau, on peut avoir une telle quantité d’eau qu’elle soit plus pesante qu’une quantité de plomb, .\insi, quand on dit qu’un corps est plus pesant qu’un autre, tacitement on admet que c’est

sous le même volume. Cetle quantité de matière que nous connaissons uniquement par l’effort qu’il faut faire pour soutenir les corps , n’est pas la même pour tous les corps pris sous le même volume. Pour mesurer cetle quantité de matière, il faut nécessairement prendre un terme de comparaison.

Admettez qu’on ait mis tous les corps sous le volume d’un décimètre cube , qu’on les ait pesés ainsi; qu’on prenne ensuite pour un 3a quantité de matière contenue dans l’eau, et qu’on cherche combien de fois cette unité est contenue dans

le poids des autres corps, l’on connaîtra la densité de tous ces corps.

Prenant pour exemple le mercure, nous ayons dit qu’il était plus pesant que l’eau. Pesons successivement une bouteille remplie d’eau et de mercure; après avoir, dans les deux cas, défalqué le poids de la bouteille, supposons qu’on ait trouve pour le poids de l’eau 5 grammes, et pour le pouls du mercure 65 grammes. r

Prenant pour terme de comparaison la quantité de matière contenue dans Peau sous le même volume que le mercure, nous appellerons cette quantité an. Par conséquent 65 grammes contiendra 5 un certain nombre de fois, qui représentera la densité du mercure ou la quantité de matière qu’il renferme sous le même volume que l’eau. Effectuant la division, nous trouverons qu’il y a iô fois plus de matière dans le mercure que dans Peau, et nous dirons que le mercure est i3 fois plus pesant que Peau, bien entendu sous le meme volume, ce qui s’exprime d’une manière beaucoup plus simple et plus abrégée, en disant que le mercure a une densite îo lois plus grande que celle de Peau.

Si nous ayons un liquide ayant une densité deux fois plus grande que 1 eau , vous concevez que pour faire équilibre dans deux vases cornmuniquans, à une colonne d’eau, il ne faudra qu une colonne moitié plus petite du liquide qui est deux fois plus dense ; carlespressions exercées dans le même liquide sont bien dépendantes de la hauteur, mais lorsqu’il y aura deux fois plus de matière dans une colonne, la pression exercee dans le vase sera deux fois plus grande. On voit d’apres cela que les hauteurs des colonnes de deux liquides sont en raison inverse des densités, c’est-à-dire que lorsque, comme pour le mercure, la densité sera i3 fois plus grande ji faudra , pour faire équilibre à une colonne d’eau, une colonoe qui n cri soit que le treizième.

L est ce que nousallons démontrer au moyen d’un appareil

très simple. Soit, flg. 4, un syphon dans lequel on a déjà mis du mercure. Le liquide étant de même nature, de même densité, le niveau s’établit et le mercure monte à la même hauteur dans les deux branches. On verse ensuite de l’eau dans la longue branche du syphon. Nous avons deux colonnes hétérogènes, mais nous pouvons les réduire facilement à des colonnes homogènes. Concevons un plan horizontal qui rient couper la colonne de mercure au point a de la branche B et passe dans l’autre branche par la ligne de séparation des deux liquides. En considérant les deux colonnes qui se trouvent au-dessous du plan horizontal, on remarque que ces colonnes étant égales et composées du même liquide, doivent être en équilibre. Mais il reste au-dessus du point# une colonne qui n’est pas soutenue par le mercure de l’autre branche; or puisqu’elle ne tombe pas, il faut que ce soit l’eau qui se trouve dans l’autre branche qui lui fasse équilibre. Si nous mesurons les deux colonnes au-dessus du plan, nous trouverons que la colonne de mercure est 10 fois plus petite que la colonne d’eau. Par conséquent, pour obtenir la même pression avec de l’eau et du mercure, il faudra avoir une colonne d’eau 10 fois plus haute qu’une colonne de mercure.

On se sert encore d’un autre appareil pour démontrer que les hauteurs des colonnes de liqu ides différens qui se font équilibre, sont toujours en raison inverse des densités. Cet appareil rentre dans celui dont nous aurons besoin parla suite pour parvenir à déterminer la hauteur de F atmosphère. Suppo* sons, fi g. 5, un tube A B , dans lequel est un tube plus étroit a b . Nous avons déjà vu que si l’on remplissait d’eau des tubes ainsi disposés, l’eau se mettait de niveau dans tous les deux, et que le liquide contenu dans le petit tube était tenu en équilibre par les pressions environnantes du liquide extérieur. Au lieu d’eau, c’est du mercure que nous avons mis dans les tubes , et il est d’abord de niveau dans l’un et dans l’autre. Mais si l’on verse de l’eau à l’extérieur, le mercure monte d’une légère quantité dans le petit tube. Par conséquent, la pression totale de l’eau qui est déterminée par la hauteur du liquide extérieur, est mesurée en mercure par la colonne qui s’est élevée dans le petit tube. Si nous mesurons cette colonne de mercure audessus du niveau extérieur, nous trouvons qu’elle est le treizième de la longue colonne.

Faites bien attention à cette expérience, parce qu’elle nous conduira à concevoir très facilement la pression atmosphérique, et comment on peut la mesurer au moyen du baromètre.

Lorsque des liquides de densités différentes seront simplement juxta-posés, qu’arrivera-t-il?' Supposons, par exemple, que nous ayons de l’eau et du mercure renfermés dans un vase, et qu’ayant le même niveau, ils soient séparés par une cloison verticale. Si nous considérons une molécule de mercure en un point quelconque sur le diaphragme qui sépare les deux liquides, cette molécule sera pressée par une colonne de mercure qui a la même hauteur que la colonne d’eau, mais qui est treize fois plus pesante. Par conséquent, cette molécule cédera à cette pression et tombera au fond ; on raisonnera de même à l’égard de toutes les autres molécules : et l’équilibre n’existera que lorsque toutes les molécules de mercure occuperont le fond du yase.

Si au lieu de supposer le diaphragme vertical, nous le supposons horizontal, et que nous mettions du mercure en haut et de l’eau en bas; dans ce cas, si nous considérons uns molécule de mercure en un point quelconque sur le diaphragme, cette molécule sera plus pressée de haut en bas, qu’elle ne le sera de bas en haut, et par conséquent elle se précipitera au fond du vase. On conçoit cependant qu’il peut exister une espèce d’équilibre, comme dans un corps suspendu; mais cet équilibre sera peu stable, et le plus léger mouvement suffira pour le détruire, et déterminer les liquides à se placer au rang que leur assigne leur densité respective.

Ce fait rencontre des applications fréquentes dans la nature, et il se renouvelle tous les jours dans les appartement. Si vous avez du feu dans une chambre, la chaleur ayant pour effet d’augmenter le volume des corps, il en résultera que l’air de la chambre sera moins dense que l’air extérieur. Aussitôt qu’on ouvre la porte , l’air froid du dehors vient se jeter par dessous l’air chaud de la chambre et forme un courant d’air froid, tandis que l’air chaud, qui est plus léger, s’élève et se déverse en sens contraire. Il s’établit ainsi deux courans opposés qui se continuent tant que l’équilibre n’est pas établi. Il est facile, au moyen d’une bougie allumée, de s’assurer de l’existence de ces courans. Si on tient cette bougie dans le bas, la flamme sera chassée du côté où se trouve l’air chaud; si vous élevez la bougie, la flamme sera chassée en sens contraire , car l’air froid ne peut entrer sans qu’il sorte de l’air chaud. Vous concevez, d’après cela, qu’il doit y avoir un point intermédiaire où il n’y ait pas de courant, et la bougie l’annoncera, parce que, placée dans ce point, la flamme restera droite.

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