PLANS INCLINES AUTOMOTEURS

et peut y être facilement maintenu, pendant qu'on le charge. Lors-

qu'il est chargé, et que l'autre a été vidé au bas du plan incliné, il suffit de pousser un peu le premier, pour commencer le mouvement, et il continuede lui-même. On voit sur les pg. 265 et 266 un plancher D, qu'on peut faire tourner autour dun de ses côtés, et qu'on peut ainsi placer à volcnlé au-dessus de lune ou l" autre des deux voies ; ce plancher mobile est destiné à faciliter le chargement des wagons.

Un plan incliné, disposé comme celui que nous venons de décrire, prend le nom de plan, incliné automotevr. Celui qui est figuré ici existe dans rne mine de houille des environs de Saint-Étienne

§4 96. Drop». — On a imaginé, en Angleterre, un appareil nommé drop^ qui sert au chargement des navires, et qui a de l'analogie avec les plans inclinés automoteurs ; la seule action de la pesanteur fait descendre les wagons chargés, et remonter les wagons vides. Voici quelle est la disposition de cet appareil.

Une voie de fer, soutenue par une charpente, pg 267, s'avance sur le bord du quai où doit s'opérer le chargement du navire. Une sorte de plateau de balance B est suspendu à l'extrémité supérieure d'un cadre de bois, qui peut tourner à charnière autour de son côté inférieur. Lorsque ce cadre mobile est relevé, le plateau qu'il supporte vient se placer dans le prolongement de la voie de fer ; en sorte que chaque wagon peut passer très facilement de cette voie sur le plateau. Si le cadre mobile s'abaisse, en tournant autour de la charnière qui le termine inférieu rement, le plateau vient se poser sur le pont du navire, qu'on a convenablement placé pour cela. La partie supérieure du cadre mobile est retenue par un câble G, qui s'enroule sur un arbre C; aux deux extrémités de cet arbre, de part et d'autre de la voie de fer, s'enroulent, en sens contraire, deux câbles F, qui supportent inférieurement deux contre-poids D. Ces contre-poids ne sont pas simplement-suspendus aux câbles F, mais ils sont encore attachés à des tringles de bois E, mobiles autour de leurs extrémités supérieures.

Lorsque le plateau Best placé dans le prolongement de la voie de fer, et qu'on amène un wagon chargé sur ce plateau, le poids du wagon le fait descendre, en abaissant le cadre mobile. Le câble G se déroule sur Tarbre C, auquel il communique un mouvement de rotation ; ce mouvement fait enrouler les câbles F, et monter les contre-poids D. Aussitôt que le wagon, porté ainsi sur le pont du navire, y a été déchargé, il ne se trouve plus assez pesant pour faire équilibre aux contre-poids D ; ceux-ci redescendent ; les câbles F font tourner l'arbre C en sens contraire, en se déroulant ; le câble G s'enroule sur cet arbre, et relève ainsi le cadre niobile, avec lepla-

OBOPS.

teau et le wagon vide On emmène ce wagon, pour le remplacer par un autre plein, et la manœuvre recommence.

Les lrin;:les K, auxquelles les conlre-poids 0 sont attachés, sont desiinées à faire varier la lension que ces contre-poids communiquent aux ( âbles \\ Par celledjsposition, la tension des câb es F est d'autant plus grande, que Taxe de rolali* n du cadre mobile est plus éloi{:né de la verticale qui pas^epa^ le centre de gravité du wagon placé sur le plateau On n"a pas cherché par là à établir un équilibre entre le poids du wagon et les contre -poids; cet équilibre ne doit pas avoir lieu, puisqu'il hxxi que le poids du wagon chargé l'emporte sur les contre-po'ds, et qu'au contraire ceux-ci 1 emporlent sur le poids du wagon vide : mais on a voulu régulariser, jusqu'à un certa n point, la grandeur de la force excédante qui produit ce mouvement, soit dans un sens, soit dans 1 autre.

L'arbre C porte un tambour A , autour duquel est disposé un frein pareil à celui que n -us avons décrit dans le paragraphe 140 (page 1 83). Un ouvrier ag.t î^ur ce frein, à laide d'im levier qui est ponctué surlafijrure. et empêche ainsi la vitesse du wagon de devenir trop grande, soit lorsquildescend, soit lorsqu'il remonte.

§ 1 97. Daprès ce que nous avons vu , une machine ne peut se mettre en mouvement, et effectuer du travail utile quautant qu elle est soumise à l'action d'une puissance. Toutcoquiesica[)able d'exercer cette puissance s'appelle, en général, un moteur. Il y a diverses espèces de moteurs, que nous allons indi(|uer successivement.

\'^ L'homme et les animaux sont très souvent employés pour faire mouvoir des machines: on les désigne, dans ce cas, sous le nom de moteurs onimés.

2" Les ressorts, tels que ceux qui font marcher les pendules et les montres, s-ont des moteurs. 11 est vrai qu'un ressort ne peut agir sur une marhine qu'autant qu'il est tendu , et qu'il faut pour cela qu'un autre moteur ait préalablement agi sur lui : mais dès le moment qu'il e^t tendu peu importe que sa tension ait été produite par telle ou telle cause: il n en doit pas moins être considéré comme un moîeur capable de faire mouvoir une machine, et de va.ncre les résistances (|ui lui sont appliquées.

3"0n emploie encore, comme moteurs, des corps pesants tombant d'une certaine hauteur. Nous en avons vu des exemples dans les horloges, et dans les plans inclinés automoteurs.

4° Les cours d'eau servent de moteurs dans une foule de circonstances : en agissant sur des roues hydrauliques, ils font mouvoir unequantité innombrable de moulms, de (orges, de filatures, de scieries, et en g^né al, d'aleliers de toule espèce.

5° Le mouvement de I air, ou ce quel on nomme le vent, est utilisé dans les moulins à vent, et fora;e ainsi un moteur très répandu.-

6° La force élastique que la chaleur communique à la vapeur d'eau, et, en général, aux vapeurs des liquides qui se volatilisent facilement, et môme aux gaz, fournit un moleurexlréme rcnl précieux, et dont l'usage, encore récent, prend un dévelo pemcnt considérable.

7" Un gaz qui a éîé lorlement comprimé peut faire irouvoir une machine en agissant de lu même manière qu'un ressort: ce genre de moteur est peu en ployé

8' Enfin, lélectrlciié doit être rangée parmi les moieurs, comme nous le verrons lorsque nous nous occuperons des niachines élf ctromolrices: mais son usage, sous ce point de vue, est jusqu à présent 1res restreint.

§ 1 9S. Les divers moteurs qui viennent d'étreénnmérésici sont loin d'avoir le même degré d'importance Au point de vue de l'industrie, on peut dire qu'il n'y a, en réalité, que quatre moteurs, savoir : 4 *» les moteurs animés ; 2 ■ les cours d'eau ; 3" le vent;4<» la vapeur.

Ces moteurs ne pe"Uvent, en général, exercer leur act'on que par VinterméJiaire d'une machine spéciale, qui n'a d'autre objet que de leur permettre de développer leur puissance, et de la transmettre ensuite aux mécanismes auxquels les résistances sont appli(|uées. Les machines de ce genre sont désignées snus le nom de machhies motrices * telles sont, par exemple, les roues hydrauliques et les machines à vapeur.

L'étude d'un moteur peut être faite sous deux points de vue différents. On peut d abord considérer le moteur en lui-même, sans s'occuper des moyens d'utiliser son action. On arrive ainsi à se faire une idée neile de la quantité totale de travail qu'il est capable d'effectuer dans un temps donné , quantité qui ne peut ja-* mais être déplissée , quelle que soit la disposition de la machine à laquelle il est appliqué. Mais on peut aussi ne pas séparer le moteur dé sa machine n ot ice, et c'est ce qu'on fait hatjituellement, afin de se rendre compte de la quantité de travail dont on peut réellement disposer par l'en^.plt.i de celte machine. En comj^arant ensuite le résuhat ainsi obtenu avec celui qu'on avait trouvé quand on avait considéré le moteur seul, indépendamment de la machine

ïnotrice, on e?it en mesure de juger du degré de perfection de celle machine, d'après la portion plus ou moins grande de la puissance totale du moteur qu'elle aura rendue disponible.

L'étude d'un moteur en lui-même se fera en examinant de quelle manière il peut agir, quelle force il est capable de déployer à chaque instant , quel chemin parcourt le point d'application de cette force suivant sa direction même. On trouvera ainsi des résultats différents, suivant qu'il s'agira de tel ou tel moteur. Si l'on s'occupe d'une chute d'eau , la connaissance de la hauteur de la chute, et de la quantité d'eau qu'elle fournit en une heure, conduira à la mesure de la puissance de cette chute, puissance qui sera en- .tièrement déterminée. S'il s'agit d'un moteur animé, d'un homme, par exemple, on reconnaîtra au contraire que sa puissance est très variable: ainsi que nous le verrons bientôt, cette puissance sera plus ou moins grande, suivant que l'homme agira avec ses mains ou avec ses pieds, qu'il tirera ou qu'il poussera, qu'il exercera sa force verticalement ou horizontalement. Dans tous les cas, pour arrivera ces divers résultats, il suffira d'employer les moyens qui nous sont déjà connus. On évaluera les forces développées par les moteurs pendant leur action, à l'aide de dynamomètres, et Ion déterminera la grandeur du chemin parcouru par le point d'application de chacune d'elles, suivant sa direction, soit en le mesurant directement, soit en ayant recours à des moyens particuliers faciles à imaginer.

Quant à la mesure de la quantité de travail que la machine motrice rend disponible, nous allons voir comment on l'effectue habituellement.

§ 4 99. Frein dynamométrlqiie. — Dans la plupart des cas, une machine motrice fait tourner un arbre, et c'est ce mouvement de rotation qui est ensuite utilisé, pour vaincre des résistances de toutes sortes. C'est ainsi qu'une roue hydraulique reçoit directement de l'action de l'eau un mouvement de rotation auquel participe l'arbre qui la supporte; cet arbre fait ensuite mouvoir des meules, des scies, des marteaux, etc. De même, une machine à vapeur qui fonctionne dans un atelier, donne un mouvement de rotation à un arbrô horizontal qu'on nomme arbre de couche, et c'est sur cet arbre de couche qu on prend le mouvement qui doit être transmis à chacune des macliines^-outils qui doivent effectuer les travaux auxquels l'atelier est destiné. Lorsqu'on veut mesurer la puissance de la machine motrice, on supprime toute communication de l'arbre qu elle fait tourner avec les machines-outils , et en général avea les résistances à vaincre; puis on applique à cet arbre une résistance artificielle, que l'on puisse facilement évaluer. En faisant varier la

FREIN DY.NAMOMÉTKIQIE. 297

grandeur de celte résistance, on peut faire en sorte que le mouvement de la machine soit celui qu'elle prend habituellement, et que d'ailleurs elle se trouve exactement dans les mémeï conditions, quant à la manière dont elle reçoit l'action du moteur. Dès lors il suffit de déterminer la quantité de travail dévelop^iée par la machine pour vaincre cette résistance, et l'on a ainsi la mesure du travail que cette machine effectue dans les circonstances ordinaires. Pour produire la résistance artificielle dont on vient de parler, on se sert du frein dynamométrique , ou frein de Prony, du nom de son inventeur. Cet appareil est représenté par la /îg. 268. A est

l'arbre horizontal auquel le frein est appliqiié. La surface de cet arbre doit être pour cela exactement cylindrique ; lorsque cela n'a pas lieu, on lui adapte un manchon de fonte , que l'on fixe à laide de boulons, de telle façon que sa surface ait tous ses points également éloignés de l'axe de rotation, ou, comme on dit, que sa surface soit bien centrée. Un levier de bois BC est garni d'un morceau de bois D, dont la face inférieure est taillée de manière à emboîter une portion de la surface de larbre, ou du manchon s'il y en a un Une chaîne £Ë, formée de plaques de tôle articulées les unes aux autres, est également garnie de petits morceaux de bois, qui viennent s'appliquer sur la partie inférieure de la même surface ; cette chaîne se termine par deux boulons à vis, qui traversent le levier BC. et dans les extrémités desquels s'engagent deux écrous F, F. Un plateau G, destiné à recevoir des poids, est suspendu à l'extrémité Cdu levier BC. Des arrêts H, K, sont disposés de manière à s'opposer à ce que le levier, en tournant autour de Tarbre, soit dans un sens, soit dans l'autre, s'écarte trop de la position horizontale où il doit être maintenu.

Supposons que l'arbre A soit mis en mouvement par la machine motrice dont on veut évaluer la puissance, et qu'on serre les écrous ^\ F, de manière, à appliquer fortement sur sa surface le mor-

ceau de lx)is D, et ceux que porte la chaîne E£. L'adhérence qui se développe entre l'arbre el ces espèces de mâchoires du frein tendra à entraîner le levier BC dans le mouvement de rotation de 1 arbre; mais l'arrêt H s'y oppose, et en obligeant le levier BC à rester immobile, il détermine le glissement de 1 arbre entre les mâchoires du frein Le frottement qui résulte de ce glissement est une résistance appliquée à l'arb're, et qui tend à détruire son mouvement. On conçoit qu'on puisse arriver par le tâtonnement à serrer les écrous F, F, de telle manière quela machine prenne le môme mouvement que lorsqu'elle fonctionne dans les circonstances ordinaires; alors le travail résistant, développé par le frottement du frein sur l'arbre, peut être pris pour la meî^ure de la quantité de travail que la machine est capable d'effectuer. Reste donc à évaluer ce travail.

Pour y arriver, on met des poids dans le plateau G, en quantité suffisante pour que le levier BC se maintienne horizontal, sans toucher ni l'arrêt H ni l'arrêt K. Dès lors ce levier se trouve en équilibre, sous l'action de ces poids et des forces de frottement que l'arbre exerce aux divers points où il touche les mâchoires du frein. Admettons, pour simplifier le raisonnement, que le poids du frein tout entier, y compris le plateau G, soit négligeable, et nommons P le poids total placé dans ce plateau; admettons en outre qu'au lieu de plusieurs forces de frottement appliquées au frein, il n'y en ait qu'une seule Q, qui agira nécessairement suivant une tangente à la circonférence de l'arbre. Le frein ne pouvant que tourner autour de cet arbre, il faut, pour qu'il J^oit en équilibre, que les forces P et Q soient inversement proportionnelles à leurs distances respectives à son axe, ou,. ce qui revient au même, inversement proportionnelles aux circonférences de cercle dont ces distances sont les rayons. Le produit de la force de frottement Q, par la circonférence de l'arbre, sera donc égal au produit de la force P, par la circonférence dont le rayon serait la distance de 'axe de larbre à la verticale passant par le point C , où est suspendu le plateau G. Mais le premier .produit n'est autre chose que le travail développé par la force de frottement Q, pendant un tour entier de l'arbre ; le second produit, qui peut être facilement évalué, pourra donc servir de mesure au même travail. 11 suffira de multiplier ce second produit par le nombre de tours que l'arbre fait en une heure, pour avoir la quantité totale de travail que la machine peut effectuer dans cet intervalle de temps.

Il est clair que le résultat auquel nous venons d'arriver sera encore le même, si, au lieu dune seule force de frottement Q appli-

CHEVAL-VAPEUft. 299

quée an frein , il eir existe plusieurs appliquées en ses divers points de contact avec la surîace de larbre. Quant au poids du frjin et du f)laieau G, on en tiendra compte ai<?émeiit, en mesurant, à lai'Jedun dynamomèlre, la force qu'il faut appliquer au point C, verticalement et de bas en haut, pnur soutenir le frein, lorsque les écrous F, F, ne sont pas serrés, et que le plateau n^ contient aucun poids; on ajoutera cette force au poids p!acé dans le plateau, avant (l etrecluer les calculs indiqués plus haut.

Ainsi, en résumé, lorsque le frein aura été disposé sur l'arbre, qu'on aura serré convenablement les écrous F, F, et chargé en conséquence le plateau G, de manière que la machine marche comme àlordinairo, et que le levier BC se niainiienne horizontal, on trouvera delà maniera suivante le travail total effe/tué pir la machine en une heure On comptera les poids mis dans le plateau, et Ion y ajoutera ce qui est nécessaire pour tenir compte du poids du frein et du plateau : on multiplieraensuite le poids total ainsi obtenu, par la longueur de la circonférence du cercle qui aurait pour rayon la distance horizontale de l'axé de larbra à la verticale passant par le point de suspension du plateau : enMn on multipliera ce premier résultat par le nombre de tours que l'arbre fait en une heure. On aura soin d'évaluer en kilogrammes le poids mis dans le plateau, ainsi que ce qu'on doit lui ajouter; et en mètres la longueur de la circonférence qui doit servir à faire la première multiplica lion. Le résulat du calcul représentera le travail de la machine en une heure, évalué en kilogrammètres (§ 78).

§ 200. Clicval-vtipcur. — Pour indiquer la puissance d'une machine motrice, on dit souvent que celte macliine est de U force de 2. chevaux, de 3 chevaux, de 4 ch3vaux.. Voici la signification précise de celte expression. On dit qu'une machine a la force d'un cheval, lorsqu'elle est capable d'élever 73 kilogrammes à i mètre de hauteur, dans une seconde de temps. Sa force sera de 2 chevaux, de 3 chevaux, de 4 chevaux. . ., si elle est capable d'effectuer, dans le même temps, une quantité de travail double, triple, quadruple...; c'est-à-dire si elle peut élever en une seconde de temps, à I mètre de hauteur, 2 fois, 3 fois, 4 fois.. ., 73 kilogrammes.

11 est facih', d'après cela, de calculer la force d'une machme motrice, exprimée en chevaux, quan:l on a trouvé, à laide du frein dynamoméirique, la mesure du travail qu'elle eff<îctue en une heure. Supposons, par exemple, que ce travail soit de I 620 000 kilogrammètres. En une minute la machine proiuira 60 fois moins, c'est-à dire 27 000 kilogrammètres : en une seconde, elle produira encore 60 fois moins, c'est-à-dire 450 kilogrammètres. Cette ma-

300 CONSIDÉRATIONS liÉNÉRALKS SUR LES MOTEURS.

chine est donc capable d'élever 450 kilogrammes à 4 mètre de hauteur, en \ seconde de temps; et comme 450 est égal à 6 fois 75f on dira que la machine a une force de 6 chevaux.

La quantité de travail qu'un cheval peut effectuer, dans les circonstances ordinaires, est loin d'être aussi grande que celle que nous venons d'indiquer comme correspondant à ce qu'on appelle la force d'un cheval. La représentation de la force d'une machine par un certain nombre de chevaux, est donc de pure convention, et ne fait nullement connaître le nombre de chevaux qu'il faudrait employer pour effectuer le même travail que la machine. Aussi, pour éviter la confusion, emploie-t-on souvent la dénomination de cheval-vapeur^ pour exprinier la force d'une machine; au lieu de dire qu'elle a la force de 6 chevaux, on dira qu'elle a la force de chevaux-vapeur. Le mot vapeur qu'on ajoute ici au mot cheval, pour en préciser la signification , vient de ce que cette manière d'évaluer la force d'une machine motrice a été d'abord employée pour les machines à vapeur. Quelquefois aussi on remplace l'expression de cheval- vapeur par celle de clieval-dynamique, qui a la môme signification.

§201. Motcars animés. — Nous ne pouvons pas donner maintenant des notions suffisantes sur le mode d'action des divers moteurs dont nous avons parlé. Nous nous contenterons donc de nous occuper des moteurs animés, et, à mesure que l'occasion s'en présentera, nous comblerons la lacune que nous allons laisser, relativement aux autres moteurs.

La force de l'homme peut être employée de bien des manières différentes. Il peut pousser ou tirer, soit horizontalement, soit verticalement, en agissant avec ses mains, et sans se déplacer; étant assis, il peut pousser avec ses pieds ; il peut encore agir en poussant ou tirant, en même temps qu'il marche; il peut enfin agir par son poids seulement, comme dans les roues à chevilles {§ 57). La quantité de travail qu'il développe dans ces diverses circonstances est loin d'être la même. Il est donc important de savoir de quelle manière sa force doit être employée, pour produire la plus grande quantité possible de travail. Mais, en cherchant à résoudre cette question, on ne doit pas oublier que l'homme se fatigue en travaillant; si l'on veut lui faire produire une trop grande quantité de travail dans un temps donné, il ne pourra pas travailler aussi longtemps dans sa journée ; si l'on exige trop de lui dans une journée ,. il en résultera une fatigue qui persistera dans les journées suivantes, et c'est ce qu'on doit toujours éviter.

En ne considérant que la grandeur de la force qu'un homme peut

développer pour vaincre une résistance, on retîonnait que celle force varie beaucoup, suivant que l'homme agit de telle ou telle manière. On a trouvé que le plus grand effort qu'il puisse produire correspond au cas où il cherche à soulever un poids placé entre ses jambes. Cet effort maximum peut aller à 200, et même 300 kilogrammes, suivant les individus : en moyenne, on peut l'évaluer à 130 kilogrammes.

Mais la force développée par l'homme n'est qu'un des éléments du travail qu'il peut effectuer; pour arriver à des notions exactes sur la grandeur de ce travail, il est nécessaire de tenir compte du chemin que l'homme peut faire parcourir au point d'application de l'effort qu'il exerce. S'il a une très grande résistance à vaincre, il se fatiguera beaucoup en très peu do temps, et ne pourra déplacer le point d'application de cette résistance que d'une petite quantité; si la résistance à vaincre est très faible, il pourra faire parcourir un chemin beaucoup plus grand à son point d'application. Dans le premier de ces deux cas, aussi bien que dans le second, un des éléments du travail effectué pendant une journée aura une petite valeur, et par suite le travail lui-môme sera petit. Si, au contraire, la résistance à vaincre n'est ni trop grande ni trop petite, l'homme pourra, dans une journée, déplacer son point 'd'application d'une quantité notable, et il en résultera une plus grande somme de travail. Un homme ne doit donc pas employer toute sa force, lorsqu'il se livre à un travail continu : il ne doit avoir à exercer à chaque instant qu'une portion de l'effort maximum dont il est capable.

C'est à l'expérience à indiquer la grandeur de la force qu'un homme doit développer, et la vitesse avec laquelle son point d'application doit se déplacer, pour effectuer le plus de travail possible dans une journée, suivant que cette force est appliquée de telle ou telle manière. C'est ainsi qu'on a trouvé que les hommes qui manœuvrent une sonnette à tiraude f§ 1 58), doivent soulever chacun environ 20 kilogrammes du poids du mouton, à 1 mètre de hauteur; qu'ils doivent battre à peu près 2 0 coups par minute, et 6 0 à 8 0 coups de suite ; après quoi ils doivent se reposer autant de temps qu'ils ont travaillé. Do môme on a reconnu que les hommes qui manœuvrent un cabestan doivent exercer chacun une pression de i 2 kilogrammes, à l'extrémité du levier sur lequel il agit; ils doivent, en outre, marcher avec une vitesse de 0'",6 par seconde. De môme encore on a trouvé qu'un homme qui tourne une manivelle , dont le rayon est d'environ 0'",32, doit exercer sur la poignée une pression de 7 à 8 kilogrammes, et faire faire à la manivelle de 20 à 25 tours par minute. Pour arriver à ce dernier résultat, on emploie une manivelle dynamométrique, dont la poignée A, fig. 269, est

fixée à lexlrémilé d'une lame de ressort BC. On adapte la manivelle à leNlrémité de larbre qu'on veut faire tourner, et on l'y assujettit à l'aide d'une vis de pression qu'on voit sur la figure. Lors-

%di5^

que ensuite on produit le mouvement de rofalion, en agissant sur cette manivelle , le ressort fléchit, et la quîmlité dont il î-e déforme indique la grandeur de la pression appliquée à la poignée. Un arc de cercle, gradué d'avance, tourne avec la manivelle sans participer à la flexion du ressort; et il suffit de voir à quel point de division correspond un index que porte le ressort, pour connaître le nombre de kilogrammes qui représente cette pression.

En général, on peut dire qu'un honuiie effectue une plus grande quantité de travail dans sa journée, lorsqu'il se repose de temps en temps, que lorsqu'il agit d'une manière continue. D'un autre côté, celle quantité de travail est d autant plus grande, que les efforts exercés parsesmusclesserapprochenlpIusdeceuN auxquels ils sont destinés par leur nature Considérons, par exemple, un homme qui emploie sa journée à monter et à descendre successivement une rampe ou un escalier, sans aucune charge La sin pie élô.vation de son corps, pendant qu'il montera, donnera lieu à une certaine quantiléde travail, qu'on évaluera en multipliant son poids par la hauteur totale dont il 1 aura élevé suivant la verticale; cette quantité de travail sera plus grande que celle qu'il aurait effectuée dans la même journée, en montant avec une iharge et descendant à vide, l'élévation de son corps étant toujours comprise dans l'évaluation du résultat. On voit, en effet, que lorqu'un homme monte avec une charge, les muscles de ses jambes, qui sont destinés seulen.ent à supporter soi! corps, se trouvent plus tendus qu'ils ne doivent l'être habituel^

lement, et il en résulte une fatigue qui entraîne une diminution notable du travail effectué par ces muscles.

On a reconnu que c'est en montant et descendant ainsi successivement, sans charge, le long d'une rampe ou d'un escalier , qu un homme peut développer la plusgrandequantitéde travail. En manœuvrant do cette manière, et travaillant chaque jour pendants heures, il produit dans sa journée un travailde^SOGOC^'".

Le même homme, agissant sur une manivelle, ne produiraitdans le même temps que 172 000"""; etsil était employé à élever le mouton d une sonnette à tiraude, il ne produirait guère plus de 100 OOG"*'". 11 est donc très avantageux de faire consister le travail de l'homme dans la simple élévation de son corps, toutes les fois que cette élévation peut être employée à la production deTeffel qu'on veut obtenir. C'est ce qu'on peut faire, par exemple, lorsqu'on a 'à élever des terres d'un niveau à un autre, en se servant de l'appareil représenté par la fig. 270.

Cet appareil se compose d'une grande poulie, dans la gorge de laquelle passe une Fig. 270.

corde qui supporte à cbacupe de ses extrémités un grand plateau" analogue aux plateaux

30/!i CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES SUR L£S MOTEURS.

de balance. La longueur de corde a été déterminée de manière que 1 un des plateaux soit au niveau du sol inférieur, lorsque laulre est au niveau du sol supérieur. On amène une brouette chargée de terre sur le plateau qui est en bas ; en même temps un ouvrier se place, avec une brouette vide, dans l'autre plateau. Si l'ouvrier pèse un peu plus que la terre contenue dans la prepùère brouette, il entraîne la corde; le plateau sur lequel il est placé descend du niveau supérieur au niveau inférieur; et le plateau qui contient la brouette chargée de terre s'élève au contraire du ni veau inférieur au niveau supérieur Alors on décharge les deux plateaux, pour remettre une brouette chargée de terre dans celui qui vient de descendre, et une brouette vide, avec un ouvrier,' dans celui qui vient de monter ; les plateaux se mettent de nouveau en mouvement en sens contraire, et ainsi de suite Les brouettes pleines sont amenées au bas de l'appareil; à mesure qu'elles sont élevées au niveau supérieur, on les emmène pour les vider; puis on les ramène vides vers le haut de l'appareil; elles redescendent, et retournent à l'endroit où elles doivent elfe remplies pour recommencer le même mouvement. Des ouvriers sont employés, les uns au niveau inférieur, les autres au niveau supérieur, pour rouler les brouettes pleines ou vides ; en même temps d'autres ouvriers sont uniquement occupés à monter du niveau inférieur au niveau supérieur, à l'aide d'une échelle placée entre les deux plateaux, et à descendre successivement, un à un, avec une brouette vide, dans l'un ou l'autre de ces deux plateaux. Un homme, placé au haut de l'appareil, agit sur la corde pour ralentir ou accélérer le mouvement, suivant que le poids du plateau descendant remporte plus ou moins sur le poids du plaleau ascendlant. Cet appareil a été employé pour la première fois dans les travaux de terrassements effectués au fort de Vincennes, près Paris, et y a procuré une économie considérable.

Lorsqu'un homme agit sur une roue à chevilles (§ 57), le travail qu'il effectue consiste uniquement dans l'élévation de son corps, qui redescend aussitôt en faisant tourner la roue; il se trouve dans des conditions analogues à celles d'un homme qui monte une échelle, pour employer ensuite son poids à la production d'un effet utile. Aussi la quantité de travail qu'il effectue, dans une journée de 8 heures, va-t-elle jusqu'à 259 000*^»". On voit par là que les roues àchevilies sont d'excellentes machines pour utiliser la force de l'homme. Le mouvement de rotation qu'elles reçoivent de l'action d'un ou de plusieurs hommes, peut d'ailleurs être employé à tout autre usasre qu'à extraire les pierres des carrières.

§ 202. Le cheval est très souvent employé comme moteur. Mais il offre beaucoup moins de variété que l'homme, dans la manière dont sa force peut être appliquée. Son mode d'action se réduit presque uniquement à tirer horizontalement, dans le sens dans lequel il marche. On peut d'ailleurs appliquer au travail du cheval les mêmes observations générales qu'au travail de l'homme.

L'effort maximum qu'un cheval peut exercer en tirant, s'élève moyennement à 400'' ; mais lorsqu'il travaille d'une manière continue, il doit tirer beaucoup moins. Un bon cheval de roulier, qui travaille 6 jours par semaine, et qui fait environ 28 kilomètres par jour, avec une vitesse de 8 kilomètres par heure, exerce une force de traction d'environ 50 kilogrammes: le travail qu'il développe ainsi dans une journée s'élève à 1 400 OOO''"^

Lorsqu'on veut employer la force du cheval à autre chose qu'au tirage d'une voiture, on le fait habituellement agir dans un manège. Dans ce cas il est attelé à une pièce de bois fixée à un arbre vertical ; il tire en tournant, et fait prendre à cet arbre un mouvement de rotation, qui peut ensuite se transmettre à toute espèce de machine, fig. 274. On peut dire que le manège est pour le cheval ce que

la manivelle est pour l'homme. Un cheval qui travaille dans un manège produit moins d'effet qu'un cheval de roulier, et se fatigue davantage; pour qu'il ne soit pas trop gêné, il faut que le manège ait au moins 4 3 mètres de diamètre. En comparant la quantité de travail qu'un cheval effectue dans un manège, avec celle qui est effectuée par un homme agissant sur une manivelle, on trouve qu'un cheval équivaut à peu près à 7 hommes.

G?5ogle

Le travail efTectoé, en une seconde de temps, par un cheval attelé à un manégp, ne dépasse pas 42''»". On voit dore que nous avons eu raison de dire i§ 200) que la force dun cheval est inférieure à ce que l'on nomme un cheval-vapeur ou un cheval dynamique, puisqu'on entend par là une puissance capable de produire un trava 1 de TS""" par seconde.

Un bœuf, attelé à une voiture, peut exercer une force de traction presque é^ale à celle qu'exerce un cheval ; mais il produit moitié moins de travail, à cause de sa lenteur naturelle. Attelé n un manège, un bœuf effectue presque autant de travail qu'un cheval .

Un âne agissant sur un manège ne produit guère plus du (juarl du travail effectué par un cheval.

§ 2u3. Monvraieiit prrpétnt'l. — C'est ici le lieu d'entrer dans quelques détails sur la fameuse question du mouvement jterpélueK dont tant de personnes se sont occupées, est s'occupent encore maintenant Mais avant tout il est indispensable de savoir au juste ce qu'on entend sous le nom de mouvement perpétuel

La plupart des personnes qui n'ont pas étudié la question, croient naturellement que la reclierche du mouvement perpétuel consiste dans la recherche d'un corps qui soit perpétuellement en mouvement. Aussi, quand en affirme que la découverte du mouvement perpétuel est impossible, trouve- t-on d'assez nombreux incrédules, et il y en a qui prétendent prouver que cette alfirmation n'est pas exacte, en donnant pour exemple la terre, dont le mouvemetit autour du soleil présente pour eux tous les caractères du mouvement perpétuel. Mais ceux qui connaissent la question, ceux surtout qui ont fait leurs efforts pour en trouver la solution, donnent une tout autre signification au mouvement perpétuel.

Nous avons dit que, pour vancre les résistances appliquées à une machine, et entretenir par là sOn mouvement, il fallait lui appliquer une puissance: nous avons ajouté que cette puissance est habituellement empruntée aux moteurs animés, ou à une chute d'eau, ou au vent, ou à la vapeur Quand on cherche le mouvement perpétuel, on se proposede trouver une machine qui puisse fonctionner , sans avoir recours à aucun de ces agents, ni à aucun autre du même genre ; on cherche une machine motrice qui puisse produire du travail utile, sans être soumise à l'action d'un moteur ; on veut, en un mot, construire une machine qui soit elle-même un moteur.

On comprend dès lors tout l'intérêt que présente cette question à ceux qui croient que la solution en est possible, et qui passent leur

IfOUVEMENT PERPÉTUEL. 307

temps à chercher cette solution Les machines, qui rendent tant de services à l homme , ont toujours besoin dun moteur Pendant lon«:lemps les hommes , les animaux , leau et le vent étaient les seuls moteurs employés. Mais, d'une part, l'emploi des hommes et des animaux entraîne une dép^'nse continuelle. D une autre part, l'eau et le vent ne peuvent être employés que dans des positions (larticulières ; les chutes d'eau sont limitées, et l'on ne peut pas en créer à volonté de nouvelles ; le vent est une source de mouvement plus répandue, mais il présente trop d'irrégularité dans ^on action. La découverte des nnaithines à vapeur a rendu un service immense, eu ce qu'elle a donné le moyen d établir partout un nioteur aussi puissant qu'on veut. L'emploi d'une machine à vapeur nécessite bien une dépense continuelle, comme l'emploi des moteurs an'més; mais cette dépense, résultant de la consommation du conrbustible, est bien inférieure à celle qu'occasionnera'ent des hommes ou des animaux en assez grand nombre pour produire le même effet. Quand on cherche le mouvement perpétuel, on veut aller plus lo n; on veut trouver une machinequi pn-sse atteindre le môme but que ' la machine à vapeur, mais qui ne nécessite aucune autre dépense habituelle que celle de son entrelien 11 est bien clair que celui qui forait une pareille découverte y trouverait immédiatement une source de rit hesse: ce serait pour lui l'équivalent de la pierre philosophale, et c'est ce qui explique pourquoi tant de pe- sonnes s'y sont appliquées et s'y appliquent encore. On peut môme dire que la découverte au mouvement perpétuel serait intiniment pré'érable à celle de la pierre ph.losophale. Celui qui trouverait le moyen de faire de l'or s'enrichirait, il est vrai ; mai.-^ il n'en résulterait pas un avantage bien marqué pour la société en général. L'or n'est pas recherché pour lui-môme, mais pour la valeur de convention qui lui est attribuée , et celte valeur diminuerait aussitôt qu'on pourrait en fabriquer autant qu'on voudrait. La découverte du mouvement p/srpéluel, au contraire, permettrait de donner un plus grand essor à linduslrie, et aurait pour conséquence la fabrication à plus légers frais d'une foule d'objets qui concourent au bien-être des hommes. L'auteur d'une pareille découverte serait véritablement le bienfaiteur de l'humanité.

Mais malheureusement cette découverte est impossible Et il no faut pas croire que nous voulons dire, par là, que les moyens dont nous pouvons disposer soient impuissants pour nous y conduire. Le découverte du mouvement perpétuel n'est pas seulement impossible à l'homme; elle est d'une impossibilité absolue. La vérité fie cette proposition est établie rigoureusement, tout aussi bien que

celle des théorèmes de géométrie. C'est ce qui résulte des principes exposés précédemment. Nous avons vu, en effet, que le travail moteur développé pendant toute la durée de la marche d*une machine n'est jaoïais inférieur au travail résistant total qui s'est produit pendant le même intervalle de temps. Le premier travail est habituellement égal au dernier ; il lui est supérieur , lorsqu'il s'est produit des chocs qui ojai détruit une portion du travail moteur. Une machine ne peut donc produire aucun travail ulile, si elle n'est soumise à l'action d'une puissance qui développe une quantité de travail moteur égale au travail utile qui doit être effectué , augmenté du travail dû aux résistances passives qui accompagnent toujours la production du travail utile. Une machine ne sert qu'à transmettre l'action du moteur pour vaincre des résistances ; mais, dans cette transmission, elle n'augmente pas la quantité totale de travail effectuée par ce moteur : elle la diminue plutôt, puisque les résistances passives que son mouvement développe en absorbent une portion.

§ 204. Si l'on examine les diverses tentatives qui ont été faites pour arriver à la découverte qui nous occupe, on verra qu'on cherche généralement à produire le mouvement à l'aide d'un corps qui tombe d'une certaine hauteur; ce corps doit être ensuite relevé par la machine même, à la hauteur dont il est tombé, en même temps qu'elle effectuera du travail utile, en raison du mouvement qu'elle aura reçu. En supposant qu'on ait pu disposer la machine de manière à obtenir ce résultat, on voit que le même corps pesant, en tombant et remontant ainsi successivement, entretiendrait le mouvement aussi longtemps qu'on voudrait, et donnerait lieu à la production d'une quantité indéfinie de travail utile.

Ici ce sera une roue hydraulique mise en mouvement par l'eau qu'on a placée dans un réservoir supérieur; la roue est employée à faire mouvoir des pompes, qui remontent dans le réservoir toute l'eau qui a agi sur la roue , et qui élèvent en outre une certaine quantité d'eau excédante,, qui peut être utilisée.

Ailleurs ce sera une roue, taillée comme les roues à rochet des horloges, et portant des tiges égales articulées dans les divers angles formés par les dents, fig. 272 ; ces tiges se terminent par des boules de même poids. Si l'on fait tourner la roue dans le sens de la flèche, chaque tige prend successivement des positions différentes dans l'angle au fond duquel elle est articulée, en raison de l'action de la pesanteur qui tend toujours à mettre son centre de gravité le plus bas possible. D'après les idées de l'auteur de cette roue, le mouvement doit s'entretenir de lui-même, et vaincre en même

MOUVEMENT PERPETLEI..

temps une résistance appliquée à la machine, parce quo les boules qui descendent sont plus éloignées que les autres de la verticale passant par Taxe de la roue, et que par suite elles agissent sur un plus grand bras de levier.

Une autre fois ce sera une caisse A, /îg. 273, pouvant tourner autour d'un axe B, et contenant du mercure C ; deux pièces fixes D, £, servent à arrêter la caisse dans son mouvement de rotation, en sorte quelle peut osciller, en venant s'appuyer alternativement sur l'une ou sur l'autre de ces deux pièces. Dès que la caisse penche d'un côté, le mercure coule et tend à l'incliner de plus en plus, jusqu'à ce qu'elle vienne buter contre Tun des deux arrêts; le mouvement que prend ainsi la caisse se

transmet, à l'aide d'engrenages, à un volant qui -prend un mouvement de plus en plus rapide: ce volant agit ^lors sur un levier qui remonte le mercure , en replaçant la caisse dans une position horizontale, et l'inclinant même un peu en sens contraire ; le mercure coule de l'autre côté, et le nouveau mouvement qu'il donne ainsi à la caisse entretient le mouvement du volant, qui le relève encore, et ainsi de suite. Le mouvement de bascule que la caisse prend alternativement, dans un sens et dans l'autre, donne lieu ainsi à un mouvement continu du volant, qui doit pouvoir effectuer du travail utile.

• Tl n'est pas nécessaire d'ajouter qu'aucun des essais qui ont été faits d'après ces idées n'a réussi. Un corps qui tombe d'une certaine hauteur ne peut pas déterminer un mouvement capable de le remonter à son point de départ, et de produire en même temps un effet utile. S'il en était ainsi, le travail résistant serait plus grand que le travail moteur, puisqu'une portion seulement du travail résistant, celle qui correspond à 1 élévation du corps qui est tombé, est déjà égale au travail moteur total. La machine ne serait-elle employée à produire aucun effet utile, qu'elle ne pourrait pas encore marcher ; puisque, si elle marchait , le travail résistant surpasserait encore le travail moteur de tout le travail correspondant aux

résistances passives, travail qu'on peut bien atténuer, mais qu'on ne peut pas détruire complètement Dans le premier des trois exemples qui viennent d être cités, la roue hydraulique ne peut marcher qu'autant que les pompes sont di^:posées de manière à élever, dans le réser\'oir, une portion seulement de l'eau qui fait tourner la roue. Dans le second exemple, les boules qui descendraient, si le mouvement se produisait dans le sens de la flèche, agissent b^en à l'extrémité dun plus grand bras de levier que les autres pour entretenir le mouvement , mais celles qui sont placées de l'autre côté sont plus nombreuses Tanlôt les premières remportent sur les dernières, tantôt au contraire les dernières l'emportent sur les premières ; et cela établit une compensation, qui n'a pas lieu à chaque instant , mais qui a lieu en moyenne pendant un tour entier de la roue. Dans le troisième exemple, la caisse, en s'inclinant d'un côté, produit un mouvement qui peut bien la relever, mais pas assez pour qu'elle commence à s'incliner de l'autre côté, et que la chute du mercure continue le mouvement.

Toutes ces tentatives sont fondées, ainsi que nous l'avons déjà dit, sur des notions d'équilibre, surtout sur celles de l'équil.bredu levier, notions qui n'ont pas été complétées par l'étude des machines à létat de mouvement Si l'on se pénétrait bien du principe d'après lequel ce qu'on gagne en force on le perd en vitesse (§ 70 ), on ne s'userait pas en vains efforts pour arriver à la découverte du mouvement perpétuel.

DEUXIÈME PARÎIË.