CHAP. U. — POROSITÉ

mesure qu'elle y pénètre. Si Ton en veut la preuve, il suffit de bmer le morceau de craie qui a séjourné dam Teau ; on le trouve mouillé jusqu^au centre , tandis que le morceau de marbre est à peine mouillé au-dessous de sa surface. Ce n'est pas que le marbre ne puisse aussi à la longue s'imbiber d'eau; mais pour Cure passer les liquides dans les corps qui ne sont guère poreux, il faut en général deux conditions , beaucoup de temps et beaucoup de pression ; c'est pourquoi les pierres qu'on tire du fond (les riviéTes ou du fond de la mer sont en général très-bumideS| Mirtout si elles viennent d'une grande profondeur; car nous ver» rons qu'à trois ou quatre mille mètres au-dessous de la surface de Teau , les corps sont pressés par le poids supérieur du liquide, comme ils le seraient sous une très-forte presse.

Parmi les pierres siliceuses, comme les agates et les pierres à Aisil, il s^en trouve une qu'on appelle hydrophane , dont la porosité se manifeste par un singulier phénomène. L'expérience en est curieuse : Thydrophane, dans son état ordinaire, est demitransparente ; on la plonge un instant dans l'eau , et quand on l'en retire elle est presque aussi transparente que le verre. L'eau I pénétré sa masse comme l'huile pénètre le papier; les bulles d'air qui se dégagent comme dans l'expérience de la craie , montrent le progrès de l'absorption : leur volume total est égal à relui des pores accessibles à l'eau ; mais, si l'on veut avoir ce Tolume avec plus d'exactitude , il suffit de peser l'hydrophane avant et après l'opération : la différence des poids sera le poids de l'eau absorbée, et il sera facile d'en conclure le volume.

Il V a beaucoup de phénomènes naturels par lesquels nous pouvons juger que les grandes masses minérales n'ont pas moins de porosité que les petites masses sur lesquelles nous pouvons expérimenter; on sait, par exemple, que dans les grottes les pins profondes, l'eau s'infiltre à travers les parois, et que c'est ainsi qu'elle vient déposer de toutes parts les stalactites , les sta« lagmites et toutes les autres cristallisations dont l'assemblage offre un spectacle si surprenant. On sait pamllement que les montagnes taillées à pic éprouvent chaque année une sorte d'exfoliation dont la porosité est une des causes essentielles. Leurs Bancs s'imbibent d'humidité quand ils sont battus par la pluie ou par les vents humides; le froid de l'hiver congèle cette eau et augmente son volume ; il en résulte une rupture d'adhérence

Î4 KOTIOSS PRKLlMINAinES.

Hana toutes Ie« couclie» superfirielles , et, quand vient le printemps , tous ce* petits feuillets se detaclient peu à peu , et tombent jusqu'à l'automne. C'est ainsi qu'au pied des ^ands escai^ pemeuts, s'entassent ehaqne année des couclies à peu près de même épaisseur, dont on peut se servir en géologie pour remonter aux temps primitifs où les montagnes ont pris la disposition qu'elles eonservent aujourd'hui.

Enfii], les métaux eux-mêmes donnent des preuves sensibles de porosité. Une boule d'oi*, remplie d'eau et soumise à une grande pression , laisse apercevoir, sur tous les points de sa sui'face , des gouttelettes semblables à celles de la rosée. Cette expérience fut faite, pour la première fois, en 1661 , par les académiciens de Florence; elle a été, depuis, très-souvent répétée avec des métaux différents, et toujours avec le mt-me succès.

Il résulte de ees divers exemples de porosité qu'un grand nombre de corps sont assez poreux pour se laisser pénétrer par les Huides, dès qu'ils sont en contact avec eux; qu'il y en a d'autres qui ne se laissent pénétrer qu'après un temps plus ou moins long, et sous une pression plus ou moins forte; enfin, qu'il s'en trouve, comme le verre, qui se laisseraient briser plutôt que de se laisser pénétrer. Il est à peine nécessaire île faire remarquer que tous les fluides ne sont pas également subtils pour pénétrer les corps : l'eau, l'alcool, l'éther, les diverses solutions acides ou alcalines, le mercure, l'huile, le soufre fondu, l'air et les différents gaz , ne peuvent pas s'insinuer avec la même facilité entre les intei-stices des corps. Il est ti-ès-heureux , pour

CHAR. II. — COUPRESSmiLITÉ. 25

Les pierres enes-mémes, quand elles sont charge d*un grand poids, se laissent comprimer jusqu'à un certain point. Les bases des édifices et les colonnes qui en soutiennent la charge en donnent des preuves très-évidentes.

Les métaux sont écrouis par la percussion ; ils deviennent plus compactes; leurs parties se refoulent les unes s\\r les autres, et forment une masse plus serrée.

Les monnaies et les médailles reçoivent leurs empreintes sous I'a<tion d'un balancier qui les frappe subitement; cette pression est si forte quVUe façonne le métal comme la pression de la main pourrait façonner la cire; et non-seulement il change de foraie poiur se mouler sur les traits les plus déliés de l'eflSgie que porte Je coin , mais encore il se comprime de telle sorte que la pièce frappée a sensiblement moins de volume que celle qui ne Y est pas.

Les Uquides sont en général beaucoup moins compressibles qne les solides ; Teau ne diminue que très-peu de volume quand on V enferme dans une pièce de canon et qu'on la comprime* par les plus fortes puissances. Le métal éclate avant qu'elle soit réduite stwL Ys d^ ^on volume. Car nous verrons dans Tun des lirres suivants qu'elle ne se comprime que de -i 00*0000 ^^ ^" ^^^ lume pour chaque atmosphère , et qu'il ne faut guère que deux mille atmosphères pour faire éclater un canon.

L'air et les gaz sont , de tous les corps , ceux qui se compriment le plus facilement et ceux qui se réduisent à un moindre volume. On peut le démontrer par un grand nombre d'expériences; mais l'une des plus simples est celle du briquet à air. Cet appareil se compose d'un tube de verre de deux ou trois (lécÎTOètres de longueur, et dont les parois sont très^paisses FiG. 1). Dans son intérieur, qui est parfaitement cylindrique, se meut un piston qui le ferme exactement, dans toutes les positions qu'il peut prendre. Si le tube était i*empli d'eau, le piston ne pourrait pas descendre, puisque l'eau est très-peu compressible; mais, quand il est rempli d'air, la force de la main est suffisante pour enfoncer le piston et pour réduire le volume au quart ou au cinquième de ce qu'il était d'abord. On sent que la résistance augmente à mesure que l'espace diminue, et qu'elle augmente de plus en plus; mais, quelque effort que l'on puisse faire, on ne parviendrait jamais à pousser le piston jusqu'au fond,

se nouons prélihinaires.

puisqu'il fiiudrait pour cela que l'air perdît «on impénétrabilité, c'est-à-dire qu'il Ait anéanti. Quand le piston reprend sa portion primitive , Fair aussi reprend son volume primitif; ainsi il n'est pas compressible à la manière des mëtaut , qui reçoivent des empreintes et qui ne reviennent pas à leuf Yolume primitif quand le balancier cesse de les presser.

Les autres gaz ont la même propriété que l'air, et tous t'es corps ne sont pas seulement propres à (ître Comprimés ; mais , en vertu de leur force e^tpansîve , ils sont propres à prendre un volume beaucoup plus grand.

Si au-dessus du briquet .i air on ajoutait un tube de même diamètre, et qu'au lieu d'enfoncer le piston on le soulevât dans ce nouveau tube, l'air intérieur se répandrait partout et prendrait un volume dix fois, cent fois, mille fois, etc., plus grand; et même il ne paraît pas qu'il y ait do limite à cette expansion des gaz. Après cela, on pourrait de nouveau enfoncer le piston, et le volume se réduirait de plus eu plus; on pourrait le soulever de nouveau et le réduire encore , et ainsi de suite , sans que l'air conservât la moindre trace des dîvei-s états de compression ou d'expansion par lesquels on l'aurait fait passer. C'est une constitution trè«-remarquable que colle de ces corps qui peuvent prendre ainâ un volume cent mille fois plus grand ou cent mille fois plus petit, sans qu'une action mutuelle entre leurs molécules cesse de s'exercer.

D'après cela , on pensera peut-être que tout l'air de l'atmo-

CHAP. II. ~ fiLASTIGITÉ. f 7

romnie il était auparavant. C'est pour cela que les gaz s^appellent des fluides élastiques.

Les liquides qui ont été comprimés paraissent ne rien conseN Ter non plus des pressions qu'ils ont supportées; ils reprennent leur Tolume à Tinstant même 6ù eesse Taction des causes comprimantes.

U n y a pas de corps solide qui soît aussi parfaitement élastique que les gai et les liquides. Le caoutchouc, ou gomme élas- Uque, est peut-être j de tous, celui qui a le plus dVlasticité; et cependant , soit par la chaleur, sOit par de grandes compi*essions longtemps prolongées ou soutent répétées, on finit par changer sa forme ou son Tolume.

Quoique imparfaite , l'élasticité des solides n'en est pas moins une propriété très-importante : nous rexaminetoiis fort en détail dans Tun des liyres suivants. Ici nous nous contenterons de feire Toir, par quelques expériences , qu'elle se manifeste à divers degrés dans les différents corps.

L'élasticité de l'ivoire est assez indiquée par les mouvements singnb'ers des billes de billard ; mais elle se montre encore d'une mam'ére plus directe par l'expérience suivante : on laisse tomber une bille ordinaire, ou une bille grosse seulement comme une balle, sur un plan très-uni, où l'on a passé une légère couche d'huile ; à l'instant elle se relève et rebondit jusqu'à la hauteur du point de départ, ou à très-peu près. C'est L\ sans doute une preuve suffisante de son élasticité, et par consécjuont de son diangement de forme; mais si l'on regarde sur le plan, au point où eue a frappé , on y voit une empreinte d'autant plus large que le choc a été plus vif, ce qui prouve d'une manière certaine que U bille ne s'est relevée qu'après s'être aplatie comme ferait une vessie pleine d'air ou une bulle de savon , car ces bulles si légères peuvent aussi se réfléchir contre les corps et rebondir sans se rompre. Des balles de bois, de pierre, de verre où de métal , se comportent à peu près comme les billes d'ivoire : toutes s'aplatissent plus ou moins avant de se relever, ce qui est une preuve de leur compressibilité; et toutes, quand elles n'ont pas été comprimées trop vivement , rebondissent cl reprennent leur forme première , ce qui est une preuve de leur élasticité. .Vinsi, dans le jeu des corps élastiques , il y a un double phénomène, celui de la compression ou du changement de forme, et

18 NOTIONS PRÉLIHINAinER.

celai (lu rétablUsemont complet de toutes les parties. Une feuille de papier, ou mèmp une feuille de plomb, ne sont pas des corps sans élastîâté, rar on peut leur donner de légères flexions , sans qu'elles se rompent et sans qu'elles ressent de reprendre leur po»tîon; mais, si on les écarte un peu trop, tetir élasticité e-tl forcée , elles prennent le nouveau pli et ne font plus d'efforts pour en revenir.

L'élasùcité résultant toujours d'un dérangement des molécules , soit qu'il ait lieu par pression ou par flexion , soit qu'il ait lieu par torsion ou par traction , l'on Juge aisément qu'il y a , pour chaque corps, des limites à ces dérangements, et par conséquent des limites à l'élasticité. Les corps sont d'autant plus élastiques que ces limites sont plus étendues : ainsi les billes d'ivoire sont plus élastiques que les balles de plomb, car elles reviennent d'une compression pKis grande; les lames d'acier plus que celles de verre, car elles peuvent être bieti plus fléchies; les fils de soie phis que ceux de cuivre ou d'argent, car ils peuvent être tordus bien davantage; et les cordes de vii>l(m plus que les fils de fer, car elles peuvent être bien plus étirées sans cesser de revenir à leur première longueur. Mais, si l'on ne fait éprouver aux molécules d'un corps que le dérangement que son état d'agrégation peut permettre, elles reviennent toujours trt-s-exactement à leur position, et, dans ce sens, on pourrait dire que tous les corps sans exception sont donés d'une élasticiti- j)arraite.

13. DilBiabllité. — La dilatabilité est la propriété qu'ont les

CHAP. II. -* DILATABILITÉ. 29

lonne liquide : donc, Tair intérieur augmente de volume. Eusuite, en retirant la main, on voit la colonne qui retombe peu à peu et qui revient enfin à sa première position ; ce qui prouve qu'eu reprenant le même degré de chaleur, Tair reprend aussi le même volume.

Pour faire la même expérience sur les liquides, ou prend un tube semblable au précédent, que Ton remplit d'eau ou de mercure jusqu'au milieu de sa longueur en //* (Fig. 3); ensuite on plonge la boule dans de Teau chaude , et la colonne monte de plus en plus jusqu en m' : au contraire, si on la plonge dans de la glace pilée , la colonne tombe en ni* ; et elle l'etourne çncore à sa position primitive quand on la replace dans Tair, comme elle était d^ abord.

Pour les soUdes , l'expérience peut se faire de plusieurs maiiière» : une des plus simples consiste à prendre une barre de métal qui s'ajuste très-exactement entre deux talons métalUques, dressés à angle droit (Fig. 4) sur une plaque de bois assez épaisse. St Von fait rougir la barre, elle devient trop longue pour reprendre sa place , mais elle revient sur elle-même à mesure quelle se refiroidit; et enfin, quand elle n'a plus que la chaleur qu elle avait d'abord, elle a repris sa longueur primitive, et retombe entre les points fixes.

Ainsi, tous les corps sont dilatables , et, de tout ce qui peut changer en eux, leur volume est la chose la plus changeante. A chaque instant du jour ou de la nuit la chaleur varie, soit par Faction du soleil , soit par une foule d'autres causes , et tous les corps qui sont à la surface de la terre participent à ces vaiiations; ils sont toui* à tour plus dilatés ou plus contractés, et n'ont jamw les dimensions fixes que nous leui* supposons. C'est par un mouvement de toutes les parties de l'intérieur et de l'extérieur que se produisent ces alternatives , et, si la porosité nous fait voir que ct^s parties ne se touchent pas, la dilatation nous fait voir maintenant qu'elles ne sont jamais en repos et qu'elles ne gardent jamais ni les mêmes distances ni les mêmes positions relatives. D'où nous pouvons conclure,' enfin, que li matière qui nous semble la plus inerte a une activité perpétuelle dans toute l'étendue de sa masse, parce que toutes ses molécules, soit au dehors, soit au dedans, sont soumises à des causes qui agissent sans cesse, et qui peuvent sans cesse éprouver des changements d'intensité.

Dl LKQDtLIBfiE Kl DU HODVSUKT. Notions de Statique.

14. Un coips esi en équilibre quand les forces qui le sollicitent se détruisent mutuellement, ou quand elles sont détruites par quelque résistance. Ainsi, un corps esten équilibre à l'extrémité du fil qui le suspend, parce que la pesanteur qui le sollicite est détruite par la résistance du lîl et par celle du point de suspension : si le fil n'est pas assez résistant, il se rompt, et le corps tombe; si le point d'attache est mal assuré, le corps l'entraîne, et tombe avec lui. Quelquefois l'équilibre a lieu sans point fixe et sans résistance apparente : les poissons les plus pesants sont en équilibre dans l'eau; un ballon avec ses agrès, sa nacelle et les observateurs qu'il emporte, peut aussi être en équilibre dans les airs : mais alors la pesanteur qui sollicite ces corps est exactement détruite par des pressions particulières, comme nous le Terrons dans un des chapitres suivants.

Ou peut dire que tous les corps qui nous paraissent en repos ne sont en flTct qiic des corps en éijuJVJire , parce qu'ils sont

CHAP. lU. — NOTIONS DE STATIQUE. 31

Pour qae deux forces soient égales, il faut qu'elles se fassent équilibre lorsqu'on les oppose Tune à Tautre sur un point ou aux extrémités d'une droite inflexible. Deux forces égales donnent une force double quand on les ajoute , c'est-à-dire quand on les (kit agir dans le même sens et dans la même direction. On aurait une force triple si l'on faisait agir dans le même sens trms forces égales, et ainsi de suite.

D après cela, si l'on conyient de représenter une force par un nombre ou par une ligne, la force double de celle-là sera représentée par un nombre double ou par une ligne double, etc. C'est ttnsi que nous pourons toujours représenter les forces par des grandeurs numériques ou linéaires, et faire sur elles les mêmes opérations que nous faisons sur ces grandeurs.

10. Quel que soit le nombre des forces qui agissent sur un point, et quelles que soient leurs directions, elles ne peuvent, en dernier résultat, imprimer à ce point qu'un seul mouvement dans une direction déterminée. Or, on conçoit qu'il existe une certaine force qui serait, à elle seule , capable de produire le même effet, et cette force unique qui poun-ait remplacer l'ensemble de toutes les autres , est ce qu'on appelle leur résultante. Ainsi, quand un bateau se meut à la fois par la force du courant, par la force des rames et par celle du vent, on peut concevoii' une force unique, un fil assez fort, par exemple, qui, étant attaché au bateau, serait tiré dans une telle direction et avec un tel effort qu^à lui seul il lui imprimât à cbaque instant le même mouvement que toutes ces forces réunies; il en serait la résultante. Le courant, le vent et les rames cessant d'agir, et le fil dont nous parlons leur étant substitué, rien ne serait cliangé quant au résultat.

L'ensemble des forces qui concourent à produire un eflfet se nonune un sjsteme de forces ; ces forces s'appellent aussi des co/wposantes^ quand on les considère par rapport à la résultante qui pourrait les remplacer. Il est évident que, si à un système de forces on ajoutait une force nouvelle qui ffd: égale à la résultante et dirigée en sens contraire, l'équilibre aurait lieu dans ce nouveau système de forces. C'est làla propriété cai'actéristiqùe de la résultante.

Ainsi, dans l'exemple que nous avons choisi, tandis que les forces du coiuant, du vent et des rames exercent leiu* action, si l'on ajoutait un fil assez résistant, dirigé en sens contraire de

sa NOTIONS PhÉLlHLNAlRIiiS.

celui qui représeute la résultante et tiré avec le même effort, cette nouvelle force produirait l'équilibre : le bateau serait plus fixe que s'il était à l'ancre; il ne pourrait avancer ni leculer, ni se mouvoir d'aucun côté, jusqu'à ce qu'il arrivât quelque force nouvelle ou quelque cliangement dans les forces agissantes pour déranger l'effurt par lequel elles se détruisent.

17. Réanlta»t«d«pla»lear* forée* «bI ftflMcat dus l»MêMC dlreetiom. — Quand toutes les forces qui agissent sur un point tendent à le mouvoir sur une même ligne, il peut se présenter deux cas : 1° si toutes ces forces agissent dans le même sens , la résultante est égale à leur somme; 2° si elles agissent les unes dans un sens et les autres dans le sens opposé, la résultante est égale à la différence des deux résultantes partielles, et agit dans le sens de la plus grande.

18. Réanltante de de«x fareea qal b^Imcd t «ti|cal«lremcnlBBr un u£mc point. — Deux forces agissent sur le point a (Fto. ô), l'une dans la direction ax, et l'autre dans la direction a^ ; la première est représentée en grandeur par ab, et la deuxième par ac : il est clair que le point a ne peut se mouvoir ni suivant nh ni suivant ac, et qu'd doit prendre une direction intermédiaire. C'est ce que le bon sens nous indique d'abord, mais c est à peu près tout ce qu'il peut nous faire voir; car, pour déterminer et cette direction moyenne que doit prendre la résultante, et l'intensité qu'elle doit avoir par rapport aux composantes, il faut recourir à des considérations particulières dans le détail desquelles nous ne pouvons pas entrer ici. Pfous nous