ACCUMULATION DE LA FORCE

lance atmosphérique ; et l’on peut s’arranger pour que la quantilé perdue de la sorte, au moins pendant un temps peu considérable , soit une petite fraction de la quantité de mouvement primitivement imprimée- Cette quantité de mouvement qui réside et se conserve dans la masse de matière peut Être considérée comme représentant la quantité de force dépensée pour imprimer le mouvement à cette masse : et l’on pourra en disposer pour produire tous les effets que les forces motrices en général sont susceptibles de produire.

354. — Afin de rendre ceci plus clair par un exemple, imaginons un plan de niveau, bien poli, sur lequel on ait placé un globe de métal , poli de même avec soin. On imprime à ce globe une légère impulsion , en vertu de laquelle il prend la vitesse d’un centimètre par seconde, vitesse qu’il conserve, du moins en négligeant les effets du frottement. On lui imprime une seconde impulsion semblable à la première , qui double sa vitesse et la porte à 2 centimètres par seconde. Dix mille impulsions semblables porteraient donc sa vitesse à 100 mètres par seconde : celle d’un boulet de 24, au sortir du canon, est de 4 à 500 mètres par seconde. Ainsi l’on conçoit comment , par l’accumulation de faibles efforts dont un enfant serait capable , on peut accumuler dans un corps une force telle que, venant à se dé-, ployer tout d’un coup dans toute son intensité, elle produirait les effets les plus destructeurs.

Le cas que nous avons supposé est purement fictif, car en pratique il n’y a pas moyen de mouvoir longtemps un corps en ligne droite, sans occasionner des

frottements considérables, ni sans rencontrer de nombreux obstacles. Mais il n’est pas essentiel que le mouvement ait lieu en ligne droite. Si l’on flxe une balle au bout d’une corde, et qu’on la fasse tourner avec le bras , elle acquerra une vitesse et une force de plus en plus grande, et finalement pourra percer une planche, comme si elle avait été lancée par un mousquet.

L’intensité de la percussion opérée parle marteau d’un forgeron ne provient que pour une faible partie du poids du marteau. Si l’on se bornait à laisser tomber le marteau par la seule action de la pesanteur, et de ta hauteur d’où il tombe d’ordinaire , l’effet produit sur la barre de fer serait peu de chose. Mais le forgeron, en le lançant de toute la force de ses bras , lui imprime à chaque instant une nouvelle quantité de mouvement. Toutes ces impulsions s’ajoutent , et produisent une force qui est dépensée d’un seul coup dans l’action du marteau sur la barre. 11 faut expliquer de ta même manière les effets produits par les massues, les fléaux, les fouets , les cognées , etc.

La corde d’un arc ne communique pas d’un seul coup l’impulsion à la flèche. L’impulsion totale est la somme des impulsions que la corde n'a pas cessé d’exercer, tout le temps qu’elle a pressé contre la flèche. On en peut dire autant au sujet des armes à feu, à vent et à vapeur. La pression exercée par les gaz qui se dégagent dans la combustion de la poudre, ou par l’air condensé , ou par la vapeur produite , agit sans céssc sur la balle jusqu’à ce qu’elle soit sortie de la bouche du canon ; et la grande vitesse

qu elle a acquise à la sortie, estdue àTaccumuIation de tous ces efforts partiels.

355. — Toutes ces considérations font voir qu’une masse de matière inerte peut être considérée comme un magasin où l’on accumule la force pour s’en servir au moment du besoin. Des raisons faciles à apercevoir ont fait donner à la masse chargée de remplir cette fonction dans les machines la forme d’une roue, à la circonférence de laquelle la masse se trouve principalement répartie. Imaginons un anneau massif de métal {Fig. 175), uni à un moyeu par l’inter- ^ médiaire de rais peu pesants , et tournant autour d’un axe avec aussi peu de frottement que possible ; cet appareil sera ce qu’on nomme un volant. Passons à quelques explications qui en feront mieux comprendre encore Tutilité.

Admettons qu’une roue hydraulique soit la puissance motrice employée à soulever un pilon à une certaine hauteur, pour le laisser ensuite retomber de tout son poids. Pendant que le pilon s’élève, son poids fait à peu près équilibre à la puissance motrice de la roue , et le mouvement de la machine est ralenti. Au moment où le pilon se dégage de la came pour retomber, la puissance motrice ne trouvant " • plus de résistance , ni rien qui puisse l’absorber, imprime à la machine une vitesse considérable qui s’accélère toujours, jusqu’à ce que le pilon venant s’engager de nouveau avec la came , la machine éprouve une percussion dans toutes ses parties , et recommence à se mouvoir avec lenteur, pour passer ensuite indéflnimenl par les mêmes alternatives.

Dans ce cas, toute la force exercée par la roue hy-

draulique pendant les périodes de descente du pilon est perdue pour l’elTet utile de la machine 5 et ce qui est pis , elle est employée à produire des effets nuisibles, c’est-à-dire une succession de chocs qui peuvent briser la machine, ou qui du moins la détériorent très-promptemenl. On pare à tous ces inconvénients au moyen du volant. Pendant que le pilon descend, la force motrice est employée à mouvoir le volant dont le moment d’inertie (art. 188 ) est considérable , tant par la grandeur de sa niasse que par la manière dont elle est répartie. En conséquence, la vitesse angulaire du volant, et la vitesse de la machine en général , ne peuvent s’accélérer beaucoup malgré la suspension de la résistance. Quand le pilon s’engage de nouveau avec la machine, la force acquise par le volant concourt avec celle de la roue hydraulique à soulever le pilon 5 de sorte que la machine se meut à peu de chose près avec la même vitesse, pendant les périodes d’action et de suspension de là résistance.

356. — Le volant est encore indispensable dans les cas où ni la résistance ni la force motrice n’éprouvent d’intermittences, mais où le jeu même de la machine donne plus ou moins d’efficacité à l’action du moteur sur la résistance ou sur les parties chargées du travail utile de la machine (art. 344 ). Pendant les phases les plus favorables à la transmission de la force, le volant absorbe l’excédant de la force moU ice , et il la restitue aux parties chargées de l’effet utile durant les phases où l’efficacité de la force motrice est diminuée ou môme annihilée. Prenons un exemple qui rende cette théorie plus sensible. .

Soit ABCDEF (Fig. 176) une double manivelle qui doit imprimer un mouvemenl de rotation à un cylindre A BEF. Au point G, milieu de CD, la manivelle est unie par un joint à une bielle CH , qui elle-même est unie par un autre joint à un balancier animé d’un mouvement circulaire alternatif, tel que celui d’une rnacbine à vapeur. La force motrice du balancier est supposée constante. Imaginons cet appareil vu en projection sur un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A F (jP/g’. 177, P/. XVlll). A sera le centre du mouvement circulaire décrit par la manivelle , GH la bielle, AG le bras de la manivelle indiqué sur la Fig. 176 par les lettres BC. Dans la position de la bielle et de la manivelle, représentée sur la Fig. 177, la bielle perpendiculaire au bras AG agit de la manière la plus avantageuse pour faire décrire au point G la circonférence ponctuée, c’est-à-dire pour lui imprimer un mouvemenl , perpendiculaire au ravon A G. Nous admettrons que le sens de ce mouvement est tel que la manivelle descend , ou que la bielle H G pousse le rayon AG de haut en bas. Quand l’appareil est arrivé dans la position représentée sur la Fig. 178 , la force motrice transmise par la bielle agit moins favorablement, puisqu’elle agit darfs une direction oblique à celle du mouvement pris par le point G ; et lorsqu’ensuite le rayon AG se trouve dans la direction même de la bielle, comme sur la Fig. 179, l’action de la force motrice est nulle pour faire tourner la manivelle autour de A. Elle a pour unique effet de pousser la manivelle dans le sens AG, et de faire éprouver une pression aux pivots ou aux tou-

rillons sur lesquels Taxe tourne. A cellé époque du mouvement , l’action utile de la force motrice est anéantie.

Lorsque la manivelle a passé dans la position indiquée sur la Fig. 180, la direction de la force transmise par la bielle est changée, et le bras de la manivelle est tiré de bas en haut. La force motrice agit alors avec une certaine efficacité pour faire tourner la manivelle autour de A ; et cette efficacité va toujours croissant jusqu’à ce qu’elle atteigne son maximum, quand le bras de la manivelle est redevenu perpendiculaire à la bielle , comme Tindique la Fig- 181. A partir de cette position , l’efficacité de la force motrice décroît de nouveau, et se retrouve nulle, quand le bras de la manivelle et la bielle sont encore une fois en ligne droite, selon l’indication de la Fig. 182. La force motrice ne fait alors que tirer la manivelle dans le sens AG, et exercer un effort contre les tourillons : son action utile est détruite.

Dans les situations qui correspondent aux Figures 179 et 182, ou lorsque le point G occupe les points que l’on appelle points morts, la machine ne pourrait continuer à se mouvoir, si les quantités de mouvement dont sont animées les pièces qui la composent, ne tendaient* à se conserver, à cause de l’inertie de la matière. La machine continuera donc de marcher, quoique l’action utile de la force motrice soit suspendue , pourvu que les résistances et les frottements à vaincre ne soient pas trop considérables : mais en tous cas son mouvement aura beaucoup d’irrégularité, étant continuellement- retardé quand le joint de la manivelle et de la biellè approche des

points morts , et continuellement accéléré quand il s’en éloigne. Un volant fixé à l’axe A ou à toute autre pièce de la machine remédiera à cet inconvénient. Il absorbera l’excès de la puissance motrice sur la résistance, quand l’appareil est dans les positions correspondantes aux Fig. 177 et 181 , et restituera cet excédant, en suppléant à l’inefficacité de la puissance motrice, quand l’appareil passera par les points morts.

357. — Les surprenants effets du volant comme condensateur de force peuvent induire en erreur des personnes peu initiées à la théorie , en leur faisant croire que cet appareil augmente la puissance de la machine. D’après toutes les explications qui précédent, nous devons penser que le lecteur ne commettra pas cette méprise. Au contraire, comme le volant no peut être mis en mouvement sans qu’un certain frottement se produise, ce frottement occasionne toujours une perte de force motrice. Mais cette perte est peu de chose en comparaison des avantages qui résultent de l’emploi d’un volant convenablement placé.

L’action du volant comme condensateur de force est analogue à celle d’un ressort, d’une masse d’air condensé ,' et dé toute autre force que l’on aurait créée par des moyens purement mécaniques. Pour bander un ressort il fautdépenser graduellement une certaine quantité de force. Quand le ressort se détend tout à coup, la même quantité de force est restituée dans un temps plus court qu’il n’en a fallu pour l’accumuler. Une masse d’air est condensée dans les armes à vent par une suite d’efl'orls dont chacun ne

pourrai! imprimer à une balle une vitesse notable. La masse d’air est comme un réservoir où les forces condensantes sont accumulées , pour être mises en jeu tout à la fois , de manière à imprimer à la balle une vitesse de projection qui la rende capable d’exercer une puissance destructive.

Le volant est employé d’une manière analogue dans les laminoirs. La roue hydraulique , ou la puissance motrice quelconque dont on dispose n'agit pendant certaines périodes que sur le volant seul , le travail de la machine restant suspendu à dessein. On accumule ainsi la force nécessaire pour soumettre au laminage des morceaux de métal qui opposeraient une trop grande résistance à la force non accumulée de la puissance motrice.

358. C’est d’après le même principe qu’on adapte un volant aux balanciers employés pour frapper la monnaie, et aux presses dont se servent les olïiciers ministériels pour sceller leurs actes. Les masses qui font en pareil cas fonction de votant, consistent en deux boules métalliques A, B {Fig. 183) , fixées aux extrémités d’un levier implanté perpendiculairement dans la tête d’une vis. La force de l’homme ou des hommes qui font mouvoir le levier, accumulée dans tes boules métalliques , et transmise par l’intermédiaire de la vis , agit avec une puissante énergie contre la matière qui doit recevoir l’impression du coin (art. 335).

Eu supposant , comme dans l’article précité , que le poids de la vis employée à frapper les pièces d’or ait 88 millimètres, que le poids de chaque boule soit de 25 kilogrammes, et ta distance du centre de cha-

que boule à l’axe de la vis égale à 9 dëdméfres : en admettant de plus, pour simplifier le calcul, que les boules aient une vitesse capable de leur faire décrire uniformément une demi-circonférence dans une seconde, le coin exerce contre le flan la mémo pereus-, sion qu’exercerait un corps du poids de 4500 kilogrammes, tombant avec la vitesse d’un mètre pur seconde , ou bien un corps du poids de 500 kilogrammes, tombant d’une hauteur d’environ 5 mètres avec une vitesse finale de 9 mètres par seconde. Celte puissance paraîtra énorme , si l’on a égard à la simplicité de la machine et au peu de volume qu’elle occupe.

Quantité d’objets d’ornement en métal sont fabriqués à l’emporte-pièce au moyen d’un mécanisme tout à fait semblable. L’emporte-pièce est fixé au bout d’une vis mue par un balancier, et vient frapper la pièce à découper comme un coin frappe le flan. Si le patron est compliqué , on fait agir en même temps plusieurs emporte- pièces ; et d’un seul tour de bras on a achevé un ouvrage d’une exécution très-délicate.

359. — La place qu’il convient d’assigner au volant relativement aux autres pièces de la machine, dépend de la fonction qu’on entend lui faire remplir. S’il est principalement destiné à régulariser le mouvement, il est convenable de le placer prés du point d’application de la résistance. Ainsi, dans la machine à vapeur, le volant {Fig. 175, PL XVII) est concentrique à l’arbre AF {Fig. 176), que fait tourner la manivelle, parce que la régularité du mouvement de rotation de cet arbre est l’olyet qu’on a en vue en

employant le volant. Au contraire, si le volant est destiné principalement à régulariser Faction du moteur, il convient de le placer prés du point d'application de la puissance motrice. Toutes choses égales d’ailleurs, s’il y a des axes dont les vitesses do rotation soient dilTérenles , on doit le mettre de préférence sur celui des axes qui se meut le plus vile,