de premlon du» (ow le» polnl» d’imr mCrtir tranehe

de nivean. — En considérant les masses gazeuses d’un grand volume, l'atmosphère qui entoure notre globe, par exemple, nous retrouvons encore pour les gaz. le grand principe de l égalité de pression en tous les points d’une même surface horizontale, principe que nous avons si souvent utilisé dans le chapitre précédent. Il suffira donc que l’air contenu dans une chambre communique librement, par une ouverture avec l'air extérieur, pour que nous soyons en droit d’affirmer que la pression sur un élément plan quelconque de la niasse gazeuse confinée est la même, quand l'équilibre existe, qu’à l’air libre, aux divers points du plan horizontal prolongé qui passe par le centre de l'élément.

Si toute communication de l'air confiné avec l'atmosphère extérieure vient à être supprimée, la pression ne changera pas dans l'intérieur de la chambre hermétiquement close; elle conservera désormais la même grandeur tant que la température sera constante ; car, les molécules gazeuses n’ayant éprouvé aucune variation dans leurs distances respectives, il n’v a aucune raison pour que 1a force élastique du gaz augmente ou diminue. Un a ainsi le phénomène remarquable d'une atmosphère limitée présentant une faible masse et par suite un faible poids, qui produit, sur une surface donnée, la môme pression qu’une colonne d’air dont la hauteur atteindrait les limites de l’atmosphère.

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123. Baromètre i «on boi. — On ne pouvait songer à déterminer a priori, comme en hydrostatique, la grandeur de la pression exercée par l’air atmosphérique, à un moment quelconque, contre les surfaces des corps solides et liquides qui y sont plongés, il a fallu recourir à un procédé qui, pour être indirect, n’en eslpas moins susceptible d’une grande précision. Ce procédé consiste à évaluer quelle serait la hauteur d’une colonne de mercure qui, reposant sur une surface donnée, produirait sur cette surface, par sou poids, le même effet que la pression atmosphérique. Comme la densité du mercure est connue, on pourra estimer en kilo

BAHOHÈTKK. 7»

grammes la pression de celte colonne sur lu surface en question, L'instrument de mesure fondé sur ce principe porte le nom de baromètre.

I‘24. Expérience* de Tarrleelli et de Panent . — La réalisation de cette idée appartient à un élève de Galilée, ùTorricelli. C’est en 1610 qu’a été faite, pour la première fois, par ce physicien, l’expérience célèbre qui a doté la science d’un de ses instruments les plus précis, le baroinètre. Un tube de verre d’un mètre de longueur environ, fermé par un Imiu), ouvert à l’autre, fut d’abord complètement rempli de mercure, puis bouché avec le doigt et enfin renversé dans une cuvette A, en partie pleine du même liquide (fig. 68). Torricolli constata que la colonne mercurielle descendait d’abord et demeurait ensuite suspendue dans le tube à 28 pouces 1 0u*,7ü) de hauteur environ, aussitôt qu’ ou retirait le doigt

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Fig. Fig. BU.

qui bouchait l'ouverture. Comme, dans cette manière d’opérer, l’air extérieur n'avait pu pénétrer à mesure que le liquide descendait, le vide devait exister au-dessus du mercure en CK (fiq. 60), dans la portion du tube qu'on nomme chambre barométrique.

Torricelli se rendit un compte exact de la cause de cette suspension

PESANTEUR

delà colonne mercurielle; malgré les idé's fausses qui avaient cours dans la science, à cette époque sur Y horreur de la nature pour le vide, il comprit que c'était la pression de l'air sur le mercure de la cuvette qui seule faisait équilibre au poids du liquide suspendu dans le tube. Mais il était réservé à Pascal de confirmer l’exactitude de cette explication. Pascal refit l'expérience de Torricelli en changeant la nature du liquide employé; il se servit successivement d'eau, de vin, de liqueurs alcooliques, et il montra que les colonnes de liquide soulevées avaient une hauteur telle que leur pression sur l’unité de surface était toujours égale à celle qu’exerçait le mercure placé dans les mêmes conditions. Les longueurs des colonnes qui se maintenaient ainsi suspendues, étaient, eu effet, sensiblement en raison inverse de leurs densités. L'eau, parexemple, s’élevait à un peu moins de 52 pieds (i0“,55). Pascal alla plus loin : ses idées théoriques le conduisirent à penser que le mercure devait baisser dans le tube de verre à mesure qu’on élèverait davantage le baromètre au-dessus du sol. Des mesures barométriques effectuées, sur ses indications, à diverses stations, sur le Puy-de-Dôme, montrèrent, en effet, que la colonne mercurielle du tube de Torricelli avait une hauteur décroissante, à mesure qu’on s’élevait davantage dans l'atmosphère. Du pied de la montagne à son sommet, l’abaissement de la colonne fut de près de 5 pouces (O01, 08). Cette fois, l’influence de la pression de l’air était rendue évidente; car, en gravissant la montagne, ou diminuait la hauteur de la colonne atmosphérique qui reposait sur le mercure de la cuvette et l'on voyait, en même temps, ce liquide baissera son tour dans le tube d'une manière continue. Cette expérience a été le point de dépait d’une application très-importante du baromètre : la mesure de la hauteur des montagnes.

125. Théorie du baromètre. — Aujourd’hui, nos connaissances en hydrostatique, les preuves que nous avons de la pesanteur de l'air, permettent d’expliquer très-simplement l’expérience de Torricelli. Nous savons qhe, pour l'équilibre, tous les éléments d’égale étendue, situés dans 1a tranche horizontale XV correspondant à la surface libre tfiy. fi'J), doivent supporter la même pression; en m, qui fait partie de la surface libre, c’est l’atmosphère seule qui agit; en m', placé dans l’intérieur du tube et présentant la même surface, c’est la colonne mercurielle de base m' et de hauteur m'K. Puisqu’il y a équilibre, celle-ci doit conlre-balaneer, par son poids, la pression atmosphérique transmise par le liquide.

La vérité de cette conséquence théorique est rendue évidente par l’expérience suivante : qu’on prenne un tube barométrique de diamètre étroit

UAROMETKK.

SI

à sa partie inférieure, et qu’on le coupe eu tti ( fiij . tilt) pour l'isoler de la ruvetle dans laipielle il était plongé, on verra le mercure se maintenir suspendu dans le tulte comme précédemment, etalors il est soutenu, d’une manière incontestable, par la pression de l' atmosphère, ('.elle expérience ne réussirait pas avec un tube à large ouverture, parce que l’air extérieur, divisant la colonne, gagnerait la chambre barométrique. On peut encore recourber le tube vers le bas (/if/, 6(t) ; la pression de l’air s'exerce alors latéralement en m' ; mais sa grandeur n’est pas changée pour cela : la hauteur m'K demeure constante. La hauteur du mercure n’est d’ailleurs influencée, ni par la forme du tube, ni par son inclinaison plus ou moins grande sur l’horizon. La distance verticale des niveaux dans le tube et dans lu cuvette demeure invariable tant que la pression exercée par l’air est constante. Si, eu observant le baromètre à différentes époques, nous le voyons alternativement monter et descendre, nous devons en conclure que c’est la pression atmosphérique qui est soumise à des variations successives et dès lors ces variations se trouvent exactement mesurées par les déplacements de l’extrémité K de la colonne mercurielle.

124. Évaluation numérique de la prrnwion ntinoupliérlqiir — Le problème que nous nous posions tout à l’heure, celui de l’évaluation en kilogrammes de la pression de l’atmosphère, est maintenant susceptible d’une solution très-simple. Le baromètre a-t-il aujourd'hui une hauteur de 76 centimètres? cela veut dire que la pression de l’atmosphère, sur un centimètre carré de surface, est équivalente au poids d’une colonne de mercure dontle volume est de 76 centimètres cubes, c’est-à-dire à lk,OÛÔ. C’est là ce qu'on nomme habituellement pression d'une atmosphère. Le plus souvent, nu lieu d’une évaluation eu kilogrammes, on indique la pression d’un gaz par la hauteur de la colonne mercurielle qui lui est proportionnelle; la surface pressée est alors supposée constante. C’est dans ce sens qu’on dit : La pression de l’air est de 756 millimètres, de 740 millimètres, etc.

125. Conatracdon du baromètre. — .Nous construisons encore le baromètre comme le faisaient Torricelli et Pascal; seulement nous prenons plus de précautions pour éliminer quelques causes d’erreur auxquelles ils n’obviaient qu'iucomplètemenl. La condition essentielle pour qu’un baromètre soit bon, c’est que, dans la chambre barométrique, il existe un vide complet. Or, à la surface intérieure des tubes de verre exposés à l’air adhèrent toujours de l’air et de l'humidité, que notre premier soin sera d’expulser, après l’introduction du mercure; car, à lu suite du renversement du tube dans la cuvette, ils se dégageraient à

l'KM.VrhUt.

t .-Lai de gaz ou de vapeur dan» la chambre karuiuétrique, et amèneraient une dèpiession anormale de la coloiuie mercurielle.

Oii prend un lul»e de verre d'une longueur de 8.‘>à ‘JO centimètres et mi lui donne la forme indiquée ci-contre {fig. 70 » ; après l'avoii nettoyé avec de l'acide nitrique étendu et de l'eau, ou le dessèche avec soin, et ou le remplit de mercure pur jusqu'à l' étranglement voisin de la boule. Ile nombreuses bulles gazeuses se montrent alors entre le mercure et la paroi; on élimine les plus grosses en faisant courir une petite colonne d’air d un bout à l'autre du tube. Puis, et c'est là l'opération importante, mi fait bouillir le mercure dans le tube, en commençant par la partie inférieure ü, et propageant peu à peu l'ébullition, sans I interrompre, de Il vers la boule. La vapeur de mercure qui se forme et les oscillations de la colonne lacililent le dégagement de l’air et de la vapeur d'eau qui adhéraient aux parois et les eutniinciit jusqu’à la partie supérièure. La boule qu'on a soudée au tube reçoit, pendant l'ébullition. 1 excédant de mercure soulevé par la vapeur; en même temps, la pointe effilée ein|técbe le renouvellement de l’air extérieur au contact du liquide Aauffé et s’oppose ainsi à la formation d’oxyde de mercure qui, en se dissolvant

dans le métal liquide, modifierait quelques-unes de ses propriétés physiques. I. ébullition de celle longue colonne mercurielle s'obtient sans danger en plaçant le lulie au-dessus d’un fourneau rempli de charbons incandescents. et entaillé d’une échancrure en e. Le tube doit toujours être maintenu à distance des charbons, et on lui communique, avec les doigts, un Fig. tu. mouvement de rotation con-

tinu, pour échauffer également se> différentes parties. Si, à la suite d'une ébullition bien dirigée, ou reconnaît que le mercure présente une surface miroitante dans toute la longueur du tube, c'est que l’air a été complètement expulsé: sinon, l'ébullition doit être recommencée à partir de C, comme la première lois. Lnlin, après le refroidissement du liquide, ou sépare la boule du tube: on ferme exactement l’ouverture avec le doigt ; < il renverse l'instrument dans une cuvette eu partie pleine de

ItAROMÈTKK. «5

mercure purilié, et un le fixe contre une plancliette de bois. Le baromètre étant ainsi construit, on peut s’assurer facilement qu'il 11e reste aucun gaz dans la chambre C. Il suffit, à cet effet, d’incliner brusquement le tube pour que le mercure aille choquer la paroi supérieure ; on entend un petit bruit sec quand le vide est parfait. Au contraire, s’il reste un peu d’air, le choc du liquide contre le vase se trouve amorti, le bruit est moins perceptible et comme étouffé.

126. Baromètre normal. — Veut-on un baromètre normal qui puisse fournir, à toute époque, des indications précises, et qui constitue un étalon auquel 011 comparera d’autres baromètres moins parfaits, pour juger de leur degré d’exactitude? Le tube de verre choisi T (fiy. 71) doit avoir un diamètre intérieur de 2 centimètres et demi à 5 centimètres, pour que la colonne mercurielle n'v subisse aucune dépression capillaire sensible. D'autre part, une vis à deux pointes e, mobile dans l’écrou m , fixé lui-mème à la planchette, permet de régler, à chaque observation, par. l’affleurement de la pointe inférieure, le niveau du mercure dans la cuvette. Alors, en prenant avec le cathétomètre la distance verticale de la pointe supérieure au niveau a du mercure dans le tube, et ajoutant la longueur constante qui sépare les deux pointes, on aura la hauteur barométrique avec toute l’exactitude désirable.

Il y aura encore à la corriger de l’influence de la température. Car on conçoit que lorsque le mercure s'échauffe, et par suite se dilate, sa densité diminue, et que, dès lors, à une même pression doit correspondre une hauteur absolue de la colonne liquide d’autant plus grande que celte température est plus élevée. On convient de ramener, dans tous les cas, la hauteur observée à ce qu elle eût été, si le mercure avait été maintenu à la température de la glace fondante. Nous apprendrons plus tard à faire celte correction ; elle exige uniquement la connaissance de la température exacte du mercure. Celle température est fournie, dans le baromètre normal, par un thermomètre très-sensible I, qui plonge dans le mercure du tube D identique, pour le diamètre, la nature et la position, au tube barométrique employé. On est sûr, de relie façon, d'avoir la vraie température de la colonne mercurielle dans le baromètre.

81 PESANTEUR

I 27. lurouwirc à «iveiic ordlaalrc. — Avec les baromètres ordinaires destinés aux observations journalières, la hauteur de la colonne mercurielle, qui change notablement d’un jour à l'autre, quelquefois d’une heure à l'autre dans la même journée, s'estime beaucoup plus simplement. Le tube de verre T {fig. 72), d’un diamètre étroit et toujours rétréci par le bas, plonge dans une cuvette M très-large, afin que les variations de niveau du mercure demeurent insensibles. — Le zéro de l’échelle graduée placée le long du tube vertical correspond ainsi à un uivenu fixe, celui du mercure de la cuvette ; il suffit alors, en se servant du curseur V, qui peut glisser à la fois le long du tube et de l’échelle, de déterminer la division de cette échelle à laquelle correspond le niveau supérieur du mercure, pour avoir, par une simple lecture, la hauteur cherchée.

128. Baromètre de Fortin. — Malheureusement, un pareil instrument, bon pour les observations sédentaires, n’est nullement transportable en voyage, et comme le baromètre (nous 1 expliquerons bientôt) offre un moyen très-commode et très-prompt de mesurer la hauteur des montagnes, il était important de construire un appareil qui, en conservant toute l’exactitude désirable , put être facilement transporté, sans éprouver aucun dérangement. C’est à Fortin, célèbre mécanicien français, que nous devons la construction du baromètre à cuvette et à niveau constant qui remplit le mieux les conditions demandées. Nous décrirons ici le baromètre de Fortin, un peu modifié par M. Ernst, sous 1a direction de M. Delcros.

I" Cuvette. — La cuvette est à fond mobile, afin que le niveau du mercure puisse y être maintenu constant. Ce fond mobile consiste en un fragment de peau de chamois solidement attaché au pourtour du cylindre de buis K 7i). Il est soulevé ou abaissé, à la volonté de l'opérateur, par la vis V qui tourne dans un écrou fixe porté par l’étui de cuivre N. Ile celte façon, ou peut toujours faire aflleurer la surface du mercure dans la cuvette à l’extrémité de la pointe d’ivoire I* implantée dans le couvercle de buis A'; extrémité qui correspond au zéro de l’échelle graduée placée le long de la colonne mercurielle dans le baromètre. Ainsi,