Propagation dans les flls métalliques. — Par

une nouvelle série d'expériences, M. Hertz parvient à démontrer un autre point important: la vitesse de propagation des perturbalions électriques dans un fil métallique est finie.

Dans ces expériences , M. Hertz employait l'excitateur à plaques verticales (/î^. 13); derrière l'une d'elles était disposée une plaque P de mêmes dimensions reliée par un fil

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Klg. 13.

138 ÊLKCTRIGITÉ ET OPTIQUE

mn à un (il isolé, de iâ mètres de longueur, tendu horizontâlemenl dans le plan vertical de symétrie de Texcitateur, à 40 centimètres au-dessus de la base.

Disposons le résonnateur B de façon que, son centre étant sur la base et la coupure au point le plus haut, son plan soit vertical et passe par le fli. Dans ces conditions aucune étincelle ne se produirait si le fil n'existait pas. Or. on constate qu'en général de vives étincelles éclatent à la coupure ; elles sont donc dues uniquement à Taction du fil.

En déplaçant le résonnateur, toujours maintenu dans le même plan, depuis Textrémité libre du fil jusqu'à rexcitateur, on observe qu'il ne se produit pas d'étincelles près de Textré* mité libre et aux points situés à des distances multiples de 2",8 de celte extrémité. Pour les autres positions il y a production d'étincelles, et la longueur de celles-ci augmente à mesure qu'on s'approche du milieu des intervalles formés par les points précédents. Ces points sont donc analogues aux nœuds d*une corde vibrante, pour coite raison ils ont reçu le même nom. D'ailleurs l'analogie se poursuit, car si on coupe le fil en un nœud les phénomènes restent les mêmes en tout point compris entre l'excitateur et le point de section ; au-delà de ce point la partie coupée continue à être le siège (les mêmes phénomènes mais avoc une intensité moindre.

Mais cette analogie n'est pas seulement apparente ; elle est réelle si on admet que la vitesse de propagation des perturbations électriques est finie. Les nœuds résultent de l'interférence des ondes directes propagées par le fil avec les ondes rélléchies à son extrémité ; la simplicité de Texplication est une preuve de l'existence d'une vitesse de propagation finie.

On peut uu^me en calculer la valeur si on connaît la

période de la perturbation. M. Hertz admettant que la période est de 1,4) 10-® secondes, une demi-longueur d'onde de 2",! correspond h une vitesse de 200,000 kilomètres. Celte valeur est du même ordre que celles qui ont été trouvées par MM. Fiezeau et Gounelle et par M. W. Siemens pour les vitesses de propagation dans les fils de fer et les Ois de cuivre. D'ailleurs la vitesse doit être indépendante de la nature du fil, car M. Hertz a constaté que la distance entre deux nœuds consécutifs reste la même quand on remplace le fil par un autre de diamètre différent ou d'une autre nature.

64. Vitesse de propagation dans Tair. — A la suite de ces expériences M. Hertz étudiâtes phénomènes produits par un fil infiniment long, pour lequel, par conséquent, il n'y a pas de réflexion des ondes sur elles-mêmes. Ce fil indéfmi était réalisé pratiquement en prolongeant le fil des expériences précédentes de GO mètres au dehors de la salle et en mettant son extrémité en communication avec la terre.

Si nous plaçons les résonnateurs dans le plan vertical passant par le fil, la coupure au point le plus haut et le centre sur la base de l'appareil, Taction du fil se fait seule sentir. Si à partir de incite position nous faisons tourner le résonnateur de 90^ autour de son axe vertical, Taction du fil doit être nulle, par raison de symétrie, puisque le résonnateur est alors perpendiculaire au fil ; dans cette position les étincelles sont donc dues uniquement à Texcitateur. L'action du fil et celle de Texcitateur au centre du résonnateur sont par conséquent égales lorsque les étincelles ont la même longueur dans les deux positions rectangulaires que nous venons de considérer; on arrive facilement à réalisf.T celle condition en écartant ou

140 ÉLKCTRICITÉ KT OPTIQUE

rapprochant la plaque P de la plaque A ; supposons qu*elle soit réalisée.

Pour toute position intermédiaire du résonnateur les deux actions se superposent et la longueur des étincelles doit présenter un maximum ou un minimum pour Tune de ces positions. On constate le maximum et le minimum ; le maximum quand la normale au résonnateur est d'un certain côté du plan vertical qui contient le (il, du côté de la plaque A par exemple ; le minimum quand la normale est de Tautre côté, du côté de A'. Les phénomènes dus uniquement à Texcitateur étant symétriques par rapport au plan vertical passant par le fil, ces résultats montrent que ceux qui sont dus à ce fil ne présentent pas la même symétrie.

D'ailleurs ces phénomènes changent avec le point considéré. On constate en effet que si on déplace le résonnateur le long du fil les maxima changent de valeur et ne correspondent plus à un même angle de la normale avec la base ; pour certaines portions du (il les maxima se produisent quand la normale est dirigée vers A ; pour les portions comprises entre les précédentes, ils ont lieu quand la normale est dirigée vers A' ; les maxima ne deviennent égaux que pour les points dont la distance est de 7", 5.

Ainsi tous les 7", 5 le phénomène reprend la même intensité mais pour une position différente de la normale par rapport à Ja base. Quelle en est la cause ?

Nous savons que dans le fil la demi-longueur d'onde est égale à 2'",8; deuxpointsdu fil distants de 2", 8 exercent donc des actions différentes. Si la vitesse de propagation des actions de Texcitateiir était infinie, le changement de direction de la normale pour les positions correspondant aux maxima serait

uniquement dû au fil et ce changement devrait avoir lieu tous les 2",8. 11 en serait encore de même si la vitesse de propagation dans Tair était la même que dans le fil. L*expérience donnant un résultat contraire à ces conclusions nous devons admettre que la vitesse dans Tair est finie et différente de la vitesse dans les métaux. C'est à Tinterférence des ondes transmises directement par Tair et des ondes transmises par le fil que doit donc être attribuée la production des phénomènes observes.

On peut en déduire la valeur de la vitesse de propagation dans Tair ; il suffit d'écrire que les interférences changent de signe chaque fois que Tun des mouvements a gagné une demilongueur d*onde sur Taulre. Si on appelle X et X' les demilongueurs d*onde dans Tair et dans le fil et d la distance trouvée, on doit avoir

nX = (n -f 1) X' = rf. .

X' étant égal à 2'",8 et rf à 7n»,5 on en déduit X = i",5 et, en admettant toujours la même valeur pour la période de vibration, on trouve 320,000 kilomètres pour la vitesse dans l'air. (3n voit que cette vitesse est sensiblement égale à celle de la lumière; en tous cas elle est du même ordre de grandeur (*).

65. Réflexion des ondes. — Les considérations qui précédent pouvant prêter ^ la critique, M. Hertz a cherché

(I) Diaprés ane lellre quo M. Hertz m*a faii Thonneur de m^écrire, rëmlnent physicien ne considère plus aujourd'hui comme absolumenl probantes |es expériences décrites dans ce paragraphe. Il a, en effet, regardé les nœuds observés comme produits par l'interférence des ondes transmises par le fil et des ondes transmises directement par Tair. Il faudrait encore tenir compte de Tinfluence des ondes réHéchies sur les pnrois de la salle, ondes dont des ezp<'riences ultérieures lui ont fait connaître Texistence (H. P.).

H4 ^XRCTRICrr hT OPTIQIÎK

une disposition expérimentale mettant immédiatement en évidence la propagation dans l'air avec one vitesse finie. Il y est parvenu en faisant réfléchir les ondes et en faisant interférer les ondes directes avec les ondes réfléchies.

I^ réflexion était obtenue au moven d'une feuille de zinc de très grandes dimensions flxée contre un des murs de la salle d'expériences et mise en communication avec le sol. L'excitateur dont Taxe était disposé verticalement était placé à une distance de 13 mitres du miroir métallique.

Si on place le centre du résonnateur sur la normale au miroir passant par le milieu de l'excitateur, ligne que nous appellerons normale cTincidencê^ et si on dispose son plan perpendiculairement à cette normale, on constate qu'au voisinage immédiat de la paroi il ne se produit pas d'étincelles ou du moins des élincelles très faibles, quelle que soit la position de la ligne de symétrie ; il en est encore de même à des dislances de i",! et de 8",5. Pour les distances intermédiaires les étincelles ont une longueur maximum quand l'axe de symétrie est horizontal.

Si nous maintenons col axe dans cette^ position et si nous déplaçons l'excitateur parallèlement à lui-même, son centre restant sur la normale d'incidence, k partir du miroir, on observe que les élincelles d'abord très petites augmentent de longueur et présentent un maximum à une distance de 1°',72; elles décroissent ensuite, deviennent nulles à 4", 40, puis croissent et passent par un nouveau maximum quand la dislance atteint 6°»,30 environ. Les mêmes phénomènes se reproduisent donc en des points distants de 4'", 5 environ.

Plaçons maintenant le résonnateur dans le plan vertical passant par la normale d'incidence et mettons l'axe de

DESCRIPTION SUGCINCTR DES EXPÉRIBNCRS DE M. HERTZ 143

symétrie parallèlement à cette normale ; généralement les étincelles n^ontpas la même longueur suivant que la coupure est dirigée du côté du miroir ou du côté de Texcitateur. Si on déplace le résonnateur parallèlement à lui-même les plu» longues étincelles se produisent quand la coupure est du côté du miroir, tant q^ije la distance à celui-ci est inférieure î\ 1",72; pour une distance comprise entre i",72 et 4",10 le maximum a lieu du côté dirigé vers le miroir; un nouveau changement se produit à la distance de 6^,30 environ, les phénomènes se reproduisent encore tous les 4"',5 à peu près. Il semble donc, d*après ces résultats, que la longueur d*onde dans Tair est égale à 4",50. M. Hertz est parvenu à établir, par diverses considérations sur lesquelles nous n'insisterons pas, que cette longueur doit être prise pour la demilongueur d*onde; le nombre trouvé précédemment se trouverait ainsi confirmé. Il convient toutefois de faire remarquer que les valeurs que nous avons citées pour les distances de Texcitateur à la paroi au moment où un phénomène change de sens sont assez mal déterminées et que, par suite, on ne peut avoir grande confiance dans les conséquences numériques qu'en tire M. Hertz; ce qu'il y a de certain c*est que la longueur d'onde est de l'ordre de grandeur de celle qui résulterait d'une vitesse de propagation égale à celle de la lumière.

86. Rayons de foroe électrique* - Mais qu*il y ait ou non égalité entre ces vitesses, le mode de propagation par ondes des perturbations électriques ne peut laisser aucun doute. 11 est donc permis de considérer des rayons de force électrique au même titre que des rayons lumineux et l'on doits*attendre

144 ^:lrctrigit^: et optiour

à ce que les rayons de force électrique se réfléchissent et se réfractent suivant les mêmes lois que ces derniers. H. Hertz a vérifié cette identité de propriétés.

Les perturbations sont produites avec Texcitateur que nous avons décrit en dernier lieu ; les deux cylindres sont disposés verticalement suivant la ligne focale d'un miroir parabolique en zinc de ^ mètres de hauteur et de i'",2 d*ouveKure. Les phénomènes sont étudiés au moyen du résonnaieur circulaire de T'^yS de diamètre ou mieux du résonnateur rectiligne ; les deux tiges verticales de ce résonnateur sont placées suivant la ligne focale d'un miroir parabolique de mêmes dimensions que le précédent et les deux fils horizontaux qui y sont fixés traversent le miroir ; de cette manière le micromètre à étincelles se trouve derrière le miroir et son observalion se fait commodément.

Propagation rectiligne. — Les rayons réfléchis par le miroir parabolique de Texcitateur se propagent très sensiblement en ligne droite. Diverses expériences le prouvent.

En premier lieu on constate que l'étincelle du résonnateur devient très faible dès que le plan de symétrie de son miroir ne coïncide pas avec le plan de symétrie de Tautre miroir.

Si on fait coïncider ces deux plans et qu*on interpose entre les miroirs une feuille de zinc de 2 mètres de haut sur i mètre de large rélincelle disparaît. Elle disparaît également quand un aide se place entre les miroirs. L'interposition d'une matière isolante, une planche de bois par exemple, ne produit aucun efl'et.

Polarisation. — Par suite de la forme de l'excitateur les vibrations du rayon de force électrique s'efl'ectuent dans un plan passant par le rayon. Ce rayon est donc analogue à

un rayon lumineux polarisé rectilignement ; il jouit de propriétés semblables^.

Si on fait tourner le miroir récepteur autour d'un axe horizontal on voit les étincelles diminuer de longueur et disparaître quand les plans de symétrie sont à angle droit; un fait semblable se produit quand un rayon lumineux complètement polarisé par réflexion sur un miroir plan tombe sur un second miroir; il va extinction quand les deux plans d'incidence sont rectangulaires.

Remettons les plans de symétrie des miroirs en coïncidence et interposons un cadre en bois sur lequel sont tendus des flls métalliques parallèles. Si ces fils sont perpendiculaires aux lignes focales les étincelles ne varient pas de longueur; si elles leur sont parallèles les étincelles cessent de se produire; pour une position intermédiaire les étincelles reparaissent mais sont plus courtes que si le cadre était enlevé. Ce cadre agit donc sur le rayon électrique de la même manière qu'une tourmaline sur un rayon lumineux polarisé rectilignement.

Réflexion. — Ayant placé les deux miroirs paraboliques côte à c6te de manière que leurs plans de symétrie se coupent à 3 mètres de distance environ. M. Hertz dispose suivant la ligne d'intersection un miroir vertical en zinc dont le plan est perpendiculaire au plan bissecteur. Les étincelles &e produisent alors dans le résonnateur ; elles disparaissent si on fait tourner le plan réflecteur autour d'un axe vertical d'un angle d'une quinzaine de degrés. Les lois de la réflexion delà lumière sont donc applicables aux ondes électriques. Diverses autres expériences faites dans des conditions diflerentes confirment celte identité de propriétés.

Réfraction. — Pour s'assurer que les ondes électriques se

ÉLECTIiIClTÉ KT OPTIQUE. 10

146 ÉLECTIUCITÉ ET OPTIQUE

réfractent, M. Hertz 8*est servi d'un grand prisme d*asphalte de i",50 de hauteur et dont l'angle était de 30®. Ce prisme était placé à â'^jG de i*excitateur. Le résonnateur placé de Tautre côté donnait des étincelles de longueur nsaximum quand Tangle de son plan de symétrie avec celui de Texcitaleur atteignait â:^' Elles disparaissaient quand on interposait un écran métallique sur le trajet du rayon, soit avant, soit après le prisme ; la transmission s'efTectuait donc bien à travers le prisme.

67. Expériences de MM. Sarasin et de la Rive. — Pendant que M. Hertz entreprenait de nouvelles expériences, les expériences fondamentales que nous venons d^expo^er étaient répétées par un grand nombre de savants.

Ces nombreuses recherches amenèrent la découverte de faits intéressants ; ainsi on reconnut que les tubes de Geissler pouvaient servir de résonateurs; M. Lodge parvint à concentrer les actions électriques suivant la ligne focale d'une lentille cylindriciue aplatie. Mais ces résultats sont d'ordre secondaire. H en est tout autrement de celui qui a été annoncé, en janvier dernier, par MM. Sarasin et de la Rive.

Eu répétant les expériences de M. Hertz sur les fils conducteurs non isolés à leurs extrémités, ces physiciens ont reconnu que la position des nœuds pouvait être constatée à laide de résonateurs de dimensions dilTêreiiles. Pour chaque résonnateur la distance des nœuds est la même tout le long des fils, sauf à rextrémité où l'on trouve une perturbation analogue à celle que présentent les tuyaux sonores ; mais cette dislance est différente suivant le résonateur employé, elle augmente avec les dimensions de cet appareil.

L'importance de ce résultat est évidente. Si la longueur d'onde X = YT dépend du résonateur employé, l'un des facteurs V ou T doit varier. Admettre que la vitesse V de propagation dépende du procédé d'observation est évidemment absurde ; il faut donc admettre que c'est la période de la vibration T qui varie. C'est à cette hypothèse que MM. Sarazin et de la Rive se rallient. Us admettent que le système ondulatoire produit par l'excitateur contient toutes les longueurs d'onde possibles entre certaines limites et que chaque résonateur choisit dans cet ensemble complexe l'ondulation dont la période correspond à la sienne propre.

De cette conclusion il résulte immédiatement que les valeurs numériques que M. Hertz a déduites de ses expériences pour la vitesse de propagation des perturbations électriques dans l'air et dans les fils n'ont aucune signification puisque ces valeurs dépendent de la position des nœuds et, par suite du résonnateur employé. Toutefois il n'en reste pas moins démontré expérimentalement que la propagation s'effectue par ondes et, nécessairement, avec une vitesse finie quiestdu même ordre de grandeur que la vitesse de la lumière. Les expériences de M. Hertz conservent donc une importance considérable et méritent bien l'immense retentissementqu'elles ont eu. Nous reviendrons d'ailleurs plus loin sur les divergences de détail signalées plus haut et sur les difficultés que soulèvent les résultats inattendus dé MM. Sarasin et de la Rive(*).

(*) Voir la discussioa de ces expërieaces au Chapitre xii.