II

Cette table démontre que l'effet utile produit par le bélier est d'autant plus avantageux que l'élévation de l'eau, à produire par cette machine, surpasse un moindre nombre de fois, la hauteur de chute de l'eau motrice.

^94 DYNAMIE.

Dans le cas où Ton devrait élever les eaux à une hauteur beaucoup de fois plus grande que celle de la chute, on obtiendrait un résultat plus avantageux en se servant de plusieurs béliers dont chacun élèverait Teau à une hauteur intermédiaire moins considérable. L'eau du premier bélier , versée dans un premier réservoir , redescendrait un p|u pour s'élever çn partie à l'aide d'un second bélier. Celui-ci servirait pareillement à remplir un second réservoir dont la chute ferait jouer un troisième bélier , etc.

M. Eytelwein a donné la comparaison des effets utiles des deux principales espèces de roues hydrauliques avec les béliers : voici le^ résultats qu'il présente.

Si l'élévation de l'eau doit égaler quatre hauteurs de chute, le bélier élève un septième d'eau de plus que les pompes mises en mouvement par une r^ue à augets. L'effet de cette roue et des béliers est le même , quand l'élévation de l'eau doit égaler six fois la hauteur de la chute. Enfin , quand il faut élever l'eau à plus de six fois la hauteur de la chute , il y a moins d'avantages à se servir du bélier que de la roue à augets.

' En comparant le bélier avec les roues à aubes, de M. Poncelet, on voit que l'eifet utile est le même quand l'élévation de l'eau égale quatre fois la hauteur de la chute d'eau mo-

trice; le bélier est plus avantageux quand le rapport est au-dessus de quatre, et moins avantageux quand le rapport est au-dessous de ce nombre.

Il nous reste h parler d'un dernier moyen qu'on peut employer pour transmettre la force de l'eau : c'est celui de la machine à colonne d'eau. On fait usage de cette machine pour faire jouer des pompes avec la force donnée par une chute d'eau dont la hauteur est très-considérable. Si l'on remplit d'eau un tuyau vertical dont la hauteur soit égale à cette chute, la base du tuyau éprouvera une pression proportionnelle à la hauteur de la colonne d'eau que le tuyau renferme. On peut employer cette pression pour faire aller des pompes.

Eu 1 73 1 , MM. Denisart et de la Deuille ont feit connaître une machine qu'ils ont imaginée d'après ces principes. Ils emploient deuç tuyaux verticaux , dont les colonnes d'eau presseht respectivement l'une dessous et l'autre dessus le piston d'une pompe. On fait agir tour à tour ces pressions , et par leur action le piston monte et descend. La force motrice de la colonne d'eau agit dans cette machine absolument comme la force de la vapeur dans les machines dites à double effet.

On a construit aussi des machines à colonne d'eau , à simple effet. Telle est celle que HoU

396 UTNAMIE

construisit à Schemnitz, en 1751. Il n'y a qu'une colonne d'eau dont la hauteur est de 90 mètres. Cette eau communique par un conduit horizontal avec le bas d'un corps de pompe ; la tige du piston tient à l'un des bras d'un levier, dont l'autre bras tient à la tige d'une pompe destinée à des épuisements. Il y a deux robinets, l'un A, qui s'ouvre pour mettre en communication la colonne deau et le premier corps de pompe ; l'autre B , qui s'ouvre pour laisser échapper l'eau introduite dans le cylindre, i ^, lorsque B est fermé et A ouvert , l'eau de la colonne s'introduit dans le premier corps de pompe dont elle soulève le piston; ce qui, par l'action du levier ou balancier , fait baisser le piston de la pompe d'épuisement; !:io. le mouvement précédent achevé, l'on ferme A et l'on ouvre B. La colonne d'eau cesse, alors ^ de presser dans le premier corps de pompe ; l'eau introduite dans ce corps s'écoule , et le piston contenu dans ce corps redescend par la supériorité de son poids , en Élisant monter le piston de la pompe d'épuisement. Nous regrettons que le défaut d'espace ne nous permette pas d'offrir l'analyse d'un excellent mémoire sur les roues en dessus ^ k augets courbes , par M. Benoît , ancien élève de recelé Polytechnique. Voyez Annales dé tindiistrie , ii9. 73.

Équilibre des guides aérifbrmes ^ pompes.

Nous allons maintenant parler de l'équilibre des gaz ou fluides aériformes, ainsi nommés, parce que tous ont la forme et les propriétés méchaniques de Fair ordinaire qui compose notre atmosphère.

Lorsqu'on fait entrer de l'air au fond d'un vase rempli d'eau, on voit qu'il s'échappe sous la forme de balles plus ou moins grosses , et qu'il monte vers la surface supérieure du fluide ^ avec une vitesse de plus en plus grande; on voit de même , lorsqu'on fait bouillir de l'eau , des bulles de vapeur d'eau se dégager du fond , monter à la surface et crever en bouillonnant.

£n observant ces phénomènes et quelques autres encore , produits dan%le jeu des pompes, les anciens avaient conclu que l'air et les vapeurs ou gaz n'avaient pas de pesanteur; et que loin de tendre vers le centre de la terre, ils étaient sollicites à s'en éloigner par une force qui leur était propre. C'était une grande erreur qui , seule ^ eût suffi pour tenir dans l'enfiemce une branche importante des sciences naturelles.

T. m. — DmAM. 38 •

298 DYNA.MIE.

Nous expliquerons bientôt cette propriété qu'ont les fluides aériformes de s'élever audessus des fluides ordinaires ; nous nous contenterons, maintenant, de faire connaître un usage ingénieux de cette propriété , pour déterminer avec une grande exactitude les directions horizontales.

Concevons un cylindre ÂB, pL V, fig. i, parfaitement calibré, plein d'eau, contenant une bulle d'air D, et fermé par les deux bouts. Si j'élève le bout B plus que le bout A, la bulle D, pour s'élever autant que possible, va courir en D' vei^s l'extrémité B. Au contraire , si j'élève le bout A plus que B , la bulle D va courir en D'^ au point le plus haut vers A. Enfin, c'est seulement quand AB sera parfaitement horizontal, que la bulle pourra se tenir en repos , au milieu de AB. On pourra donc ainsi déterminer : i^. si une direction donnée AB est horizontale ; 2^. si elle ne l'est pas; alors on saura de quel côté il faut relever le tube pour la rendre telle. Tel est le niçeau à bulle d'air , ^employé dans les opérations les plus délicates des sciences astronomiques et des arts relatifs aux grands travaux publics.

Pascal et ensuite Galilée ont démontré que l'air atmosphérique est un corps pesant comme les solides et les fluides. Pour opérer .cette démonstration, l'on pèse d'abord un vase de verre rempli d'air dans son état naturel. En-

. DIXIÈME LlËÇOy. rZQQ

suite on fait entrer par force de l'air nouveau dans ce vase ; après cette opération le vase se trouve plus pesant. Cet excès de poids est précisément le poids du nouvel air introduit force'ment dans le vase. La même expérience , faite avec du gaz hydrogène ou du gaz acide carbonique, ou tout autre fluide aériforme, présente un semblable résultat ; concluons que l'air et tous les gaz sont des corps pesants.

La seule découverte de cetttf vérité change , à nos yeux, la face de tous les phénomènes"^que présentent sur la surface de la terre , l'équilibre et le mouvement des corps.

L'air étant pesant , chaque point de ce fluide est pressé par le poids de toute la colonne d'air qu'il supporte. Or, cette pression ne s'exerce pas seulement de haut en bas ; elle s'exerce avec la même force dans tous les sens possibles , autour du même point. Cette pression produit sur la vie, sur la force des animaux et des végétaux, sur la manière d'être des minéraux, des effets perpétuels qui sont de la plus haute importance et que nous allons bientôt faire connaître.

Les fluides tels que l'eau, le vin, Thuile, le mercure , etc. , lorsqu'ils sont en repos , n'éprouvent pas seulement en chaque point v des pressions égales à tout le poids de la colonne de fluide supporté par ce point; ils supportent en outre tout le poids de la colonne d'air à, Ta-

3oO DYNAMIE.

plomb de la colonne fluide. De sorte que les points du fluide placés au niveau supérieur, au lieu d'éprouver une pression égale à zéro , éprouvent toute la pression de l'atmosphère.

Il y a des fluides qui ne sont retenus à l'état de liquide que par cette pression de l'atmosphère exercée sur leur surface; en eflPet , aussitôt qu'on supprime cette pression j ils passent à l'état de gaz : tel est l'éther.

La pression que l'atmosphère exerce sur tous les fluides , fournit un moyen simple de déterminer le poids d'une colonne verticale de l'atmosphère ^ la base étant donnée. On prend un tube de verr€ AB , fig. a, ayant plus de 8 décimètres de longueur, et fermé en A ; après l'avoir rempli de mercure bien épuré, on le dresse dans la position représentée, fig. a. Alors on observe que le mercure descend^ à partir du point A ; ce qui produit un vide en cette partie. Le mercure , après être descendu de la longue branche y remonte dans la courte et se disperse dans la boule B : de manière à présenter une certaine diflérence entre les niveaux de mn etpq.

Supposons qu'on prolonge la courte branche du tube aussi haut que l'atmosphère terrestre. Cela ne changera rien à l'état d'équilibre; mais alors nous aurons deux fluides renfermés dans un seul tube recourbé. Si nous menons l'horizontale p'q'pqj il faudra que les pressions suppor-

DIXIÈME LEÇON. 3oi

tées par chaque point de ces deux sections soient égales de part et d'autre. Or , p'q' supporte le poids de la colonne liquide /?'5''/«/^,• tandis que pq supporte le poids de la colonne d'air. Dope, enfin , le poids de la colonne d'air est égal au poids de la colonne de liquide : les deux colonnes ayant même base.

Lorsqu'on prend du mercure pour liquide , on observe que la colonne de mercure p'q'mn n'a guère que 8 r centimètres dans les endroits les plus bas de la surface du globe. Mais, dans le même lieu, cette hauteur et par conséquent aussi le poids de la colonne d'air, varient suivant les changements qu'éprouve l'état de l'atmosphère.

Ainsi, dans toutes les expériences, dans tous les travaux où l'on veut tenir compte de toutes les forces que la nature met en action , il faut observer , au moment de l'exécution des travaux ou des expériences , quelle est la hauteur de la colonne de mercure qui représente la pression que l'air atmosphérique exerce sur les corps, dans le lieu oii l'on opère.

On appelle Baromètre le précieux instru^ ment qui sert à mesurer les pressions exercée^ par l'air atmosphérique. La connaissance et l'usage de cet instrument doivent être familiers à tous les hommes qui cultivent d'une manière éclairée les arts méchaiiiqiies.

302 DTNAMIE.

Je ne m'arrêterai pas ici sur les principes qiri peuvent servir à la construction et à la vérification des bons baromètres. On trouve ces moyens exposés dans tous les traités de physique.

Si l'on employait de l'eau au lieu de mercure, comme elle est au moins i3 7 fois plus légère que ce métal , la colonne mnpq devrait être 1 3 \ fois plus élevée, pour présenter le même poids. Aussi, quand le mercure s'élève à 76 décimètres, l'eau s'élève-t-elle à i3,5 X 76 ou plus exactement io'"''-,336. Il faudrait donc pour Éaire usage d'un baromètre à colonne d eau , que la différence de longueur des deux branches du tube surpassât jo mètres j. Cet instrument ne serait ni portatif, ni facile à construire.

Une observation essentielle à faire , relativement à l'usage du baromètre, cest le dérangement que produisent, dans l'exactitude de l'instrument , les variations de la température. Voyez la XIP. leçon , qui traite de la chaleur.

Un des plus beaux usages du baromètre est celui qu'on en fait pour mesurer la hauteur des montagnes. Avant de l'expliquer, il convient d'examiner la pesanteur des gaz, à des hauteurs plus ou moins grandes.

Quand l'air atmosphérique est en repos , chacune de ses molécules, avons-nous dit, supporte une pression représentée par le poids de toute la colonne verticale de gaz dont cette molécule

DIXIÈMB LEÇON. 3o3

est la base. Mais , les fluides élastiques ont la propriété de se comprimer proportionnellement aux poids qu'ils supportent. Si donc nous divisons une masse de fluide, telle que l'air, par couches horizontales 9 nous verrons que toutes les molécules placées à la même hauteur , devront , pour être en équilibre , supporter les mêmes pressions, et par conséquent être égalelement comprimées. Donc la densité des couches de fluide est la même dans toute l'étendue de chaque couche horizontale^ mais varie pour différentes couches; elle augmente de plus en plus lorsqu'on s'approche des couches inférieures, elle diminue à mesure qu'on s élève.

On a trouvé que les densités suivent une progression géométrique, quand les épaisseurs des couches suivent une progression arithmétique.

Cette belle propriété des fluides élastiques suffit à la science pour déterminer , à l'aide seulement de deux observations , quelle est la loi de décroissement des densités d'un fluide élastique quelconque , et la hauteur de la colonne de fluide, à partir des points où l'on observe.

Si l'on connaît le poids du fluide à diverses hauteurs^ on peut en conclure la hauteur qui correspond à chaque poids nouveau.

Pour l'air atmosphérique , le baromètre indique le poids de la colonne d'air supportée par l'instrument.

3o4 DYNAMTE.

Si <lonc on s'élève sur «ne même verticale , en mesurant la hauteur dont on monte, et qu'à chaque point , on observe les hauteurs du baromètre, on connaîtra suivant quelle loi décroissent les densités de l'atmosphère; par conséquent, on pourra calculer la hauteur totale de l'atmosphère.

Une fois cette connaissance obtenue , il sera facile de former une échelle qui , pour des hauteurs verticales données au-dessus d'un niveau connu , déterminera la hauteur où doit monter le mercure dans le baromètre.

Il sufht f pour mesurer des distancés verticales au-dessus ou au-dessous du niveau pris pour base , d'observer avec un grand soin , la hauteur du baromètre , à là limite de cette distance. C'est -ainsi qu'on parvient à déterminer avec une précision fort-remarquable la profondeur des mines et la hauteur des montagnes , soit par rapport au niveau du sol de quelque plaine pris pour base locale, soit par rapport au niveau de la mer pris pour base générale.

C'est à Pascal qu'on doit la première idée d'avoir employé l'observation du baromètre dans les plaines et .sur les montagnes, pour juger de la différence de densité de lair à diverses hauteurs ; ce qu'il fit faire au Puy-de- Dôme , par son beau<^ère Périer. Cent cinquante ans après, un physicien, M. Ramond, mesurait

DIXIÈME LEÇOlf. 3o5

la hauteur des monts du Puy-de-Dôme et des Pyrénées, par des observations barométriques d'une extrême exactitude.

Arrêtons-nous un moment sur ces beaux re* sultats des sciences physiques dirigées par le calcul. Il y a trois siècles on niait la pesanteur de l'air. Aujourd'hui non-seulement cette pesanteur est reconnue comme existante, mais elle est déterminée avec une extrême précision , dans ses moindres variations, sur les points, les plus importants du globe ; la mesure de cette pesanteur nous annonce les grands changements de la température , vers le beau temps , vers la pluie , vers les orages, et souvent vers les tremblements de terre ; cette pesanteur apprend au marin et au voyageur à prévoir la tempête et à deviner le retour du calme ; elle le met k même de se préserver de périls qui, souvent , cessent d'être des dangers , par cela seul qu'il» sont prévus. Enfin , cette pesanteur de l'air de« vient , entre les mains du méchanicien et. du géomètre , un élément dont la mesure figurée par une longueur, comme celle de la toise, du pied ou du mètre, lui sert à déterminer^ sans opérations graphiques , les hauteurs com*' parées de lieux séparés par^ des obtacles ïn^ surmontables ou d'immenses dtstances4 C'est ainsi que l'union du calcul, de la géométrie et de la méchanique, livre par degrés au génie

T. IIL — Dtnam. 39

3o6 DYNAMIE.' I

de l'homiTie, la connaissance des éléments de la nature.

Quand on doit construire les mêmes machines dans des lieux très-bas , tels que le fond de certaines mines ou dans des lieux très-élevés, comme on en trouve au milieu des grands continents, et que les fluides élastiques entrent comme agents dans ces machines, on commettrait de graves erreurs , lors de la comparaison de ces mêmes machines , si l'on n'avait pas égard à la différence de densité de Tair, résultant de la différence des hauteurs de ces positions diverses.

Vous verrez même, que la pression ordinaire de l'atmosphère est devenue pour l'effet de certaines machines, une espèce d'unité de mesure. On dit, par exemple , telle machine produit une

pression de i , 2 ^ 3^ 4 atmosphères , suivant

que cette pression est capable de faire équilibre à une colonne de mercure égale au double , au triple, au quadruple, etc., de la colonne qui fait ell^-même équilibre à la simple pression de l'atmosphère.

£n évaluant à i o mètres la hauteur d^une colonne d'eau équivalente à la pression moyenne de l'atmosphère , cette pression sera d'un kilo* gramme par centimètre de surface pressée; par conséquent, lorsqu'une surface sera soumise à la pression de a, 3, 4 atmosphères ,

DIXIÈME LEÇON. 5oj

chaque centimètre quarré de cette surfoce supportera 2,3, 4— •• kilogrammes de pression.

Dans les observations barométriques , consacrées à mesurer des hauteurs, avec exactitude , on conçoit qu'il est indispensable d'avoir égard aux variations du thermomètre.

Jusqu'ici nous n'avons considéré qu'un seul fluide aériforme. Considérons, maintenant, deux fluides aériformes qui diflerent de pesanteur spécifique : le plus pesant se placera naturellement dans la partie inférieure, le plus léger surnagera, et la séparation des deux fluides sera marquée par une couche en tous points horizontale.

Prenons pour exemple le mélange de l'air atmosphérique et du gaz acide carbonique. Le gaz acide carbonique est ce fluide aériforme qui se dégage en bulles si nombreuses lorsqu'on verse des vins mousseux , tels que du Champagne , de la bière, et quelques eaux minérales. On Iç tire aussi de la craie et de beaucoup d'antres substances. Ce gaz carbonique est beaucoup plus pesant que l'air atmosphérique ; c'est pourquoi, lorsqu'il se dégage, il se place toujours au-dessous de l'air atmosphérique.

On reconnaît la présence de ce gafz à ce qu'il tue les animaux qui le respirent, et à ce qu'il éteint les chandelles qu'on y plonge.

11 y a des grottes telles que la célèbre grotte

3o8 DTNAMIE.

du Chien , auprès de Naples , qui contiennent une certaine quantité de gaz carbonique. L'homme qui , en se tenant droit , peut s'élever au-dessus de la couche de niveau qui sépare ce gaz de l'air ordinaire , respire librement , et s'il tient une chandelle élevée , elle brûle comme à l'ordinaire. Mais s'il abaisse sa chandelle, de manière à ce qu'elle entre dans les couches inférieures , pleines de gaz carbonique , la chandelle s'éteint sur-le-champ; si lui-même se baisse, il est aussitôt asphyxié. Un effet semblable est produit sur les quadrupèdes qui, comme le chien, ne sont pas d'assez haute stature pour respirer au-dessus de la couche inférieure d'acide carbonique. C'est précisément ce qui arrive dans la grotte du chien , qui tire ce nom de l'effet même dont nous signalons l'existence.

Les fluides aériformes se comportent donc entr'eux comme des liquides ordinaires et de pesanteur différente ; on peut les transvaser d'après les mêmes principes , et les chimistes font, à chaque instant, de semblables opérations , au moyen de la cuve hydropneumatique. Passons, maintenant, à l'équilibre des corps qui flottent dans des fluides aériformes. Les conditions d'équilibre et de stabilité sont encore ici les mêmes que pour les corps qui flottent sur les liquides ordinaires ; c'est-à-dire , qa il faut : lo. que le poids total du corps flottant

DIXIÈME LBçoiv. 3og

égale le poids de ce gaz déplacé ; ao« que le centre de gravité des corps flottants et le centre du gaz déplacé soient Cous deux sur la même verticale. Enfin , il faut pour la stabilité , que le centre de gravité du corps flottant soit audessous de ce point remarquable que nous avons nommé mêtacentre.

Nous ne connaissons aucun corps solide qui , par lui-même, soit spécifiquement plus léger que l'air atmosphérique. Mais , en renfermant un autre gaz plus léger que l'air dans une enveloppe solide, on peut former un tout spécifiquement plus léger que n'est l'air , à la surface de la terre. C'est ce qu'on appelle un ballon.

Le ballon étant plus léger que l'air, à la surface du sol , s'élève jusqu'au point où la couche d'air déplacée a le même poids que lui. Alors, le ballon reste en repos si son centre de gravité est convenablement placé. Voyons comment les conditions d'équilibre et de stabilité sont remplies dans la construction des ballons ordinaires.

On gonfle une enveloppe de soie gommée, avec le plus léger des gaz connus , le gaz hydrogène. On forme de la sorte une sphère AB , fig. 4 ; on l'enveloppe d'un filet au bas duquel est suspendue la petite nacelle où se placent les personnes qui veulent monter en ballon.

Si le poids de ce système est moindre que celui de l'air déplacé, le ballon s'élève; et comme

3lO DTNAMIE.

il est symétrique par rapport îi un axe vertical , il s'élève verticalement.

Ensuite, comme la nacelle avec les hommes qui la montent , ont un poids très-considérable par rapport à celui de l'hydrogène , le centre de gravité du système est en G fort-près de la nacelle ; tandis que le poids de Tair déplacé , est en M , fort-près du centre G du globe AB. Il est facile de voir que quand la nacelle est un peu penchée , à gauche, par exemple , la verticale GE, fig. 5 , représente la force qui pousse le ballon de bas en haut , tandis que GF représente la force <jui le pousse de haut en bas ; ces deux forces tendent à redresser le système : il y a donc stabilité.

Aussi , dans l'ascension des aérostats ou ballons , bien que l'aérostat s'élève , en faisant des balancements de droite et de gauche, au gré des vents ou du mouvement des aéronautes, il tend sans cesse à reprendre sa position d'équilibre.

Quand on veut s'élever dans l'atmosphère, au delà de la position d'équilibre de l'aërostat , on jette une partie du lest accumulé dans la nacelle; quand on veut descendre, on fsiit sortir une partie du gaz contenu dans le. ballon. Rien n'est plus facile que de comprendre ces deux effets.

MM. Gay-Lussac et Biot se sont servis de l'aérostat pour mesurer la température et la

DIXIÈME LEÇON. 3ll

densitg^de l'air, à de très-grandes hauteurs , par le moyen du thermomètre et du baromètre.

Dans le commencement de la révolution française , on a fait de l'aérostat une application intéressante , pour déterminer les mouvements et les positions.de l'armée ennemie , en l'observant de la nacelle d'un ballon , avec des instr<uments mathématiques , et jetant à propos de petits bulletins pour annoncer ces positions et ces mouvements.

Des pompes. Les pompes sont des machines employées pour élever des liquides ou des gaz par une force d'aspiration ou de refoulement. Nous parlerons d*abord des pompes employées pour élever des fluides; nous examiner rons ensuite les pompes employées pour agir sur des gaz.

Toute pompe présente un cylindre creux qui , par le bas , plonge dans le fluide qu'on doit élever. Un cylindre court et plein , qu'on appelle piston , s'ajuste exactement dans la partie de ce cylindre, appelée corps de pompe. Une tige fixée au piston, peut le faire monter et descendre. Enfin le piston présente une ouverture qui se ferme et s'ouvre par les mouvements d'un couvercle appelé clapet ou soupape.

Quand la soupape est ouverte , les deux parties du cylindre séparées par le piston sont mises en communication ; quand la soupape est fermée y les deux parties du cylindre séparées par le piston sont tout-à-fait isolées l'une de l'autre.

Ces premières données suffisent pour expliquer le jeu des pompes sur les liquides.

Le poids de l'atmosphère exerce sur les corps placés à la surface.de la terre, une pression de tous les in-

3l2 DYNAMIE.

stants , à peu près égale au poids que les corps auraient à supporter , sî l'on supprimait tout à coup Fair atmosphérique, et qu'on le remplaçât par une colonne d'eau de lo j mètres d'élévation.

Lorsqu'un corps de pompe est plongé par le bas dans un ■ fluide , en supposant pour plus de simplicité , qu'au commencement le piston touche à la surface de ce fluide , voyons ce qui se passe lorsqu'on élève ce piston par un e£Port exercé sur sa tige.

Si le fluide restait en repos, il se formerait un vide parfait entre le piston et ce fluide ; ainsi , dans la capacité du cylindre , aucune pression ne s'exercerait plus sur cette partie du fluide. Mais la partie qui se trouve en dehors du cylindre est soumise à toute la pression de l'atmosphère. D'après les lois de l'équilibre que nous avons précédemment expliquées , il faut donc que le fiuide s'élève graduellement dans le cylindre, jusqu'à ce qu'il s'y trouve à une hauteur équivalente à la pression de l'atmosphère. Supposons , par exemple , qu'il s'agisse d'élever de l'eau ; si j'observe avec un baromètre à colonne d'eau la hauteur de cette colonne , au moment où je lais joaer ma pompe , l'eau qui s'élèvera dans le cylindre ne se met^ tra d'elle-même en équilibre avec la pression de l'atmosphère , qu'en s'éleva nt à une hauteur égaie à cette colonne d'eau , c'est-à-dire , à peu près à i o 7 mètres. Si , au lieu d'avoir de Teau à pomper, j'avais un fluide plus léger, de l'huile , par exemple , cette huile , pour se mettre en équilibre avec la pression extérieure de l'atmosphère devrait s'élever plus haut. Elle monterait à toute la hauteur d'une colonne de la même huile , dans un baromètre observé au même instant.

Si j'employais la pompe pour élever tin fluide qui fut au contraire beaucoup plus pesant que l'eau, comme est le

DIXIÈME LEÇON. 3l3

mercure, par exemple, ce mercure s'élèverait beaucoup moins haut dans le cylindre. L'élévation de la colonne de ce fluide métallique nuirait guère qu'à 76 centimètres , si je me plaçais à la hauteur du niveau de la mer , par une température pareille[à celle de la glace fondante.

D'après ces explications on voit qu'en faisant monter le piston , le fluide en suit le mouvement jusqu'à une certaine limite , qui dépend de la pesanteur spécifique du fluide. Mais, au delà de cette limite, quelle que soit la hauteur à laquelle s'élève le piston , le liquide ne monte plus à sa suite ; il reste stationnaire. Telle est donc la limite de l'effet qu'on peut attendre du jeu de la pompe qui n'agit que par aspiration , et qu'on appelle simplement pompe aspirante.

On a connu durant des siècles , l'usage de la pompe aspirante, sans pénétrer la vraie cause de ses effets. On supposait bizarrement que la nature avait hoireur du vide. C'était donc pour fuir ce vide que les fluides s'élevaient dans le corps de pompe , quand on faisait monter le piston ; mais comment la nature n'avait-elle horreur du vide , que quand ce vide n'avait pas pins de 10 4 mètres de hauteur pour les pompes à eau ? Comment cette horreur cessaitelle au delà de 10 j mètres? Comment la nature n'avait-elle horreur du vide que quand ce vide n'avait pas plus de 76 centimètres , lorsqu'il s'agissait des pompes à mercure ? Et comment cette horreur cessait -elle alors , au delà de 76 centimètres? Telles étaient, cependant, les absurdités de l'ancienne physique , et l'état d'enfance où se trouvait cette partie de la méchanique. On ne savait pas même que l'air atmosphérique eût une pesanteur qui l'attirait vers le centre de la terre , avec la même énergie que la pesanteur du fer et du plomb fait graviter ces corps si lourds. Aujourd'hui , non-seulement , on sait que l'air est un T. Ilï. — Dynam. /\o

3l4 DYNAMIE.

corps pesant ; mais la connaissance de son poids est l'objet d'une observation populaire et de tous les moments : les personnes les moins instruites connaissent Tinstniinent qui sert à donner la mesure de ce poids , et l'on j rapporte , maintenant , une foule de phénomènes relatifs à r intempérie des jours et des saisons.

Depuis quelques années, on a fait plus encore, on a pris la pression qu'exerce Tatmosphère pour unité de mesure dos grandes pressions exercées dans les machines à vapeur ; et comme nous l'avons déjà dit, on a compté ces pressions par i « a , 3 , 4 ^ ^^<^* atmosphères. Le manœuvre qui soigne le fou d'une machine à haute pression , le frotteur qui on oto les saletés , savent à combien d'aânosphères s'élève la pression de leur machine, et les plus grands philosophes, il v a trois siècles, n'avaient pas même noe idée nette sur la pression d'une seule atmosphère. Yoilà comment , par le pro^^ivs des sciences , les lamîères passent des classes les plus élevées vers les classes iafièrieures de la société. Les nations eu masse agrandissent lems connaissances : les mv\vons de l'homrae soct accros aTcc son savoir; et l'instructiv^u. rendue si mvltanément plos profonde et plus générale y r«:pacJ sans c^ââ« de nciiivaiu lùcniaits sur 1 état social.

Voici OjU cirques dtta.:l> d'exccu:i:n sur les fompes aspirantes.

PL V, tg. ô. au heu de n"ei::rlo7er qu nn cvIÎBiire xr^nx )>artonl li mcc:e grosseur , en troave <co&:K»^e ^ diminuer le d:jixnèl:v de U p^^t^e i:iiei'iecce A4 lèa cjlindrv dans ia^ueue ne d.'*:t pi5 ;,^uer le putao. Cette partie plus etrv^ite c:>: app<.e< le z^yz:*, Sxs^iraam,, La partie super, cure FF», plus lorvie . et c.iZ5 LupueUe jooie le pislon. est le .v-;/ .ii p:rz:-: prcprtiïi^îa; cic

Le tu]n:i o. i>p.r;-.;::: «t ev3« p.ir 'uS. cas em E. ouor

DIXIÈME LEÇO^. 3l5

donner àl'eaa extérieure une entrée plut factte. On a soin de clore cette entrée par une plaque percée d*un grand nombre de trous ou par un grillage , afin d* empêcher que les ordures ou les corps solidbs contenus dans l'eau du réservoir , ne s'élèVent dans le tuyau d'aspiration et n*ob-^ struent les soupapes SS. Les deux cylindres sont ajuster par deux bourrelets GG , accoUés et serrés avec des vis et des écrous , et séparés par un corps compressible , tel que du cuir-, pour boucher exactement les petits interstices qui pourraient se trouver entre les parties solides des Aenx collets.

Une soupape S est ajustée , dans une cloison plane , à la hauteur de la jonction du corps de pompe avec le tuyau d'aspiration. Le piston P est entouré d'une bande de cuir pour s'appliquer le plus exactement possible et avec moins de frottement , contre le corps de pompe , que si le piston était simplemement en bois. Dans quelques pompes on fait usage de pistons en cuivre.

L'ouverture pratiquée dans l'intérieur du piston est nécessairement moins large que ce piston n'est gros. Par conséquent, le diamètre de cette ouverture est nécessairement moindre que celui du corps de pompe. Mais , quand la soupape se soulève , comme elle n*est jamais soulevée qu'à moitié , la capacité de l'ouverture est encore rétrécie. Ainsi la colonne d'eau qui traverse le piston est nécessairendent plus petite que celle du- corps de pompe.''

On peut donc donner au tuyau d'aspiration un dîa-^ mètre sensiblement moins grand qu'au corps de pompie ^ sans que pour cela l'eau aspirée soit forcée d'accélérer sa vitesse en traversant le piston*

Faisons à présent jouer la machine. Supposons d'abord que le piston soit à son point le plus bas et en repos. Alors les soupapes sont fermées par l'effet de leur poids.i

3l6 DTNAMIE.

Tirons de bas en haut la tige du piston pour élever ce

piston , aussitôt l'eau s'élève dans le tuyau d'aspiration.

Si ce tuyau est déjà plein d'air, l'eau s'élève de manière

à forcer cet air à n'occuper toujours qu'un même espace

pour n'exercer qu'une pression égale à ceUe qu'il exerçait

auparavant et qui faisait équilibre à la pression extérieure

de l'atmosphère. Faisons descendre le piston. Aussitôt

l'air renfermé sous ce piston dans le corp» de pompe,

s'échappe à travers le piston dont il soulève la soupape.

On se débarrasse de la sorte d'une quantité d*air égale à

la hauteur de la course du piston.

En faisant de nouveau monter et descendre le piston ^ l'on élèvera successivement la colonne d'eau et Ton diminuera la quantité d'air contenue dans le tuyau d'aspiration et dans la partie inférieure du corps de pompe. Aussitôt que l'air contenu dans ces capacités est expulsé, l'eau traverse le piston , dont il soulève les soupapes.

La pompe aspirante que nous venons de décrire a dea défauts qu'il importe de signaler. Il es{ difficile que la jonction des tuyaux soit tellement exacte que Tair extérieur n'y pénètre pas lors de l'aspiration. Quand le cuir du piston n'est pas complètement humecté , il n'adhère plus au corps de pompe , et l'air qui passe de la partie supérieure à la partie inférieure du corps de. pompe , empêche l'aspiration de se produire. Cet inconvénient devient grave lorsque les pompes ne jouent pas fréquemment et que les cuirs se dessèchent par l'effet des grandes dialeurs. Il est nécessaire alors , avant de faire usage delà pompe, de verser une certaine quantité d'eau sur le piston ^ pour que cette eau pénètre tous les cuirs et les fasse gonfler.

Lors du jeu de la pompe , Teau aspirée s'él^e avec une vitesse due à la pression de l'atmosphère. Si la vitesse du piston surpassait la vitesse du fluide , il se formerait an

DIXIÈME LEÇON. 3lJ

>ide entre le fluide et le piston. A chaque aspiration , ce \'ide augmenterait; il deviendrait si grand à la fin, que le piston , lors de sa descente ^ n'arriverait plus mcme à la colonne d'eau. Ainsi, pour vouloir pomper avec trop de rapidité, l'on unirait par ne pomper aucune eau.

Jusqu'ici nous avons supposé que le corps de pompe et le tuyau d'aspiration fussent verticaux. S'ils étaient inclinés , il faudrait toujours , dans le calcul des pressions et dans l'aspiration de l'eau, compter les hauteurs verticalement ; mais la durée de Tascension de Teau et des manœuvres de la pompe , augmenterait à mesure que le tuyau d'aspiration et le corps de pompe seraient plus inclinés.

Les limites assez restreintes , passé lesquelles on ne peut plus élever les eaux avec la pompe aspirante , nécessitent , dans beaucoup de cas, l'emploi de la pompe foulante.

Pompes foulantes. Dans le jeu de la pompe aspirante , le corps de pompe et le piston sont nécessairement audessus de la surface de l'eau qu'il s'agit d'élever. Dans la pompe foulante simple , le corps de pompe , les soupapes et le piston se trouvent au-dessous de ce niveau.

Lorsque le piston descend, l'eau passe au travers de l'ouverture et de la soupape de ce piston , pour rester de niveau avec l'eau extérieure. Lorsque le piston remonte , cette soupape se ferme , et l'eau qui se trouve au-dessus est simplement foulée ou , comme on dit, refoulée vers le haut.

Les effets de la pompe aspirante et de la pompe foulante sont essentiellement difi^érents. La première ne peut pas élever l'eau plus haut que i o 7 mètres ; la seconde peut élever l'eau à toutes les hauteurs désirables.

Voici comment on exécute la pompe foulante simple qui présente une ouverture dans son piston.

PI. V , fig. 7 et 8. Le piston ressemble à celui de la pompe aspirante^ excepté que sa tige est en dessous , au lieu

3l8 DY.IfAMIE.

d'être en dessus. Cette tige est fixée à la traverse inférieure d'un cadre , lequel est mu par une tige verticale ûxée à sa traverse supérieure.

Au corps de pampe C Tan fixe le tuyau d'élévation B'qui est coudé , pour que la tige supérieure T se trouve à l'aplomb de l'axe du corps de pompe. Ce corps de pompe et le tuyau d'aspiration sont unis avec des écrous et des vis par des collets saillants que séparent des rondelles de cuir *. comme nous l'avons décrit en parlant des pompes aspirantes.

Il faut que la soupape x soit fixée au haut du corps de pompe , an-dessus du piston, et non. pas au-dessous , ainsi que dans la pompe aspirante.

Comme cette soupape se ferme, quand le piston descend , l'eau déjà élevée plus haut qu'elle par le refoulement ^ ne peut pas redescendre; tandis que chaque coup de piston en fait passer de nouvelle. La quantité éfevéc , à chaque coup de piston, est égale an volume représenté par une section du corps de pompe , égale à la hauteur que le piston parcourt à chaque coup.

Mais les filtrations , soit à travers les joints des soupapes , soit entre le corps de pompe et le piston , diminuent sensiblement ce résultat.

Les résistances au mouvement du fluide sont d'autant moins grandes que les ouvertures des soupapes sont plus grandes , comparativement au corps de pompe.

De la pompe foulante simple à piston plein ^ pl* V, ^Q* 9. Que l'on conçoive un corps de pompe C, vertical, dans lequel joue le piston plein P, mû par uno tige verticale. Un tuyau recourbé MN, horizontal en M , dans la partie qui débouche dans le corps de pompe, est vertical audessus.

Une soupape S empêchera de redescendre l'eau qui dwit s'élever dans le tuyau N. Une soupape .r , filée au bas^du

DIXIÈME LEÇON. Sig

corps de pompe , empêchera Teaa élevée dans ce corps de pompe de redescendre quand le piston s'abaissera.

Les deux soupapes et le piston sont au-dessous du niveau de l'eau qu'il s'agit d'élever : i®. Quand le piston s'élève, l'eau, en vertu de la pression atmosphérique extérieure , soulève la soupape x, pénètre .dans le corps de pompe, ainsi que dans la partie horizontale M. Alors la soupape S , pressée par l'eau accumulée en N, et de plus par le poids de l'atmosphère, se ferme j et ne permet pas à l'eau élevée en N de redescendre; 2°. Lorsque le piston P redescend, la soupape X se ferme par l'effet de la pression qu'exercent simultanément l'eau élevée dans le corps de pompe et le piston qui la refoule. Cette eau , ne pouvant s'échapper par la soupape x et pressée par le piston, ouvre la soupape S et s'élève dans le tuyau N.

Ici comme dans le cas précédent, la quantité d'eau élevée par chaque coup de piston , abstraction faite de toutes les pertes dépendantes de l'exécution de la machine , est égale au volume d'une section du corps de pompe , section égale à la hauteur que Id piston parcourt à chaque coup.

Pompe aspirante et foulante , pi. V, fig. 10. Si nous prenons tout k; niéchanisme que nous venons de décrire, pour le soulever et l'établir au-dessus de la surface de l'eau à élever , en ayant soin de prolonger la partie inférieure du corps de pompe par un tuyau qui descende au-dessous de cette surface , nous aurons la pompe aspirante et foulante.

Lorsqu'on fabrique en métal , les tuyaux et les corps de pompe , on fait le tuyau d'aspiration , tantôt d'une seule pièce évasée par le bas , tantôt de deux pièces, dont l'inférieure est un cône tronqué. Les ajustages sont ici comme dans les descriptions précédentes.

Dans les pompes aspirantes et foulantes , il faut avoir soin de régler le jeu du piston de manière qu'en descen-

320 DYNAMIE.

ilant , il ne bouche jamais tont-à-fait l'entrée da tnyau d'aspiration. Car il pourrait arriver , s'il n'y avait pins d'air entre le piston et la soupape jt, que le piston , touchant cette soupape , eût à surmonter, en s'élevant, le poids entier de la pression atmosphérique. C'est à cet effet qu'il faut rapporter la remarque et l'explication judicieuse de Bélidor, qu'une pompe cesse quelquefois tout à coup d^agir sans qu'on puisse en deviner la cause , et qn'on démonte plusieurs fois la machine sans y découvrir aucun défaut, ni se douter de la cause de cette perturbation de son jen.

Pour être parfaite y il faudrait que la pompe aspirante t-l foulante n'exigeât pas plus d'effort pour faire monter le piston , que pour le faire descendre. Rarement let pompes sont aussi bien balancées. C'est pourquoi l'on combine deux pompes semblables mues par un même mouvement alternatif qui fait monter un des deux pistons lorsque l'autre descend. Cette disposition se reproduit avec avantage dans les pompes à vapeur.

PI. V , fig 1 1 . La pompe de Bélidor évite , ainsi que la précédente , T inconvénient du vide entre le piston et la soupape d'ascension. Le tuyau d'élévation , an liea d'être placé au bas du corps de pompe , ainsi que àans la pompe aspirante et foulante ordinaire , est uni à la partie la plus élevée du corps de pompe. Le piston est foré de manière à rétrécir le moins possible le passage de l'eau; il est en métal , et porte deux clapets à charnières.

Le corps de pompe est couvert j^r une plaqae de fonte , dans le milieu de laquelle se trouve un collet de même métal , à travers lequel passe la tige du piston.

Cette tige traverse plusieurs rondelles de cuir couvertes d'un anneau et pressées par des vis.

La difficulté d'ùter toute issue à l'eau par le tron de la base supérieure du cylindre, où passe la tige du piston,

DIXIÈME LBçoic. 3ai

est un incoDvénient grave qui diminue les bons effets dela pompe. Cette machine , lorsqu'elle est enjeu , jouit du grand avantage d'avoir son piston entre deux eaux; par conséquent , l'air ne peut pas s'introduire par ce piston dans le corps de pompe, ainsi qu'il arrive assez souvent dans les pompes aspirantes et foulantes ordinaires.

Pompe aspirante et foulante à piston renversé. Le corps de pompe est ouvert par le bas. Le piston joue au*dessous de tout le méchanisme. Un tuyau latéral fournit l'eau à la pompe ; une soupape 4'aspiration est fixée sur le diaphragme qui joint le corps de pompe avec le réservoir. Ce système est plus compliqué que celui du piston direct ; il exige qu'un châssis de fer soit adapté à la tige du piston , pour la faire aller et venir. Presque jamais, cette machine ne méritera la préférence sur celles que nous avons déjà fait connaître.

Dans les diverses pompes décrites jusqu'ici ^ l'eau ne peut se dégorger par le haut du tuyau montant, que par intervalles , pendant un des mouvements alternatifs du piston. Par exemple, les pompes aspirantes simples dégorgent leur eau quand le piston s'élève , et l'écoulement cesse aussitôt que ce piston descend. Il en est de mcme des pompes foulantes simples , et des pompes aspirrantes et foulantes dont le piston agit de bas en haut. Au contraire, les pompes où le piston fait effort de haut en bas, produisent l'écoulement lorsque le piston descend. Ces alternatives sont dans beaucoup de cas un désavantage , elles ont l'inconvénient grave d'exiger une force motrice inégale , plus forte quand l'eau dégorge que quand elle cesse son mouvement.

Pour remédier à ces défauts on a trouvé trois moyens différents : le premier consiste à adapter aux pompes un ■récipient d'air, le second, à réunir deux. corps de pompe T. III. — Dymam. 4i

322 DYNAMIE.

ou un plus grand nombre à un même tuyau montant ; le ti'oisièmc à faire mouvoir deux pistons dans un même corps de pompe. Nous allons successivement examrner ces trois moyens.

Pompes à récipient d'air y pi. V. fig. la. C, corps de pompe; R, récipient d'air, ajusté sur le corps de pompe, parle secours de vis et d'écrous ; S, soupape qui ferme rissue de ce récipient par le corps de pompe. Le tuyau d'aspiration T, dégorge dans le corps de pompe. E, E, tnjau d'élévation. Ces deux tuyaux, d'élévation et d'aspiration , ont chacun leur soupape qui ne permet pas à Tean de rétrograder. Le piston massif P refoule l'eau de bas en haut , à l'aide d'un châssis en fer.

Expliquons le jeu de la pompe à récipient d'air. Après quelques coups de piston l'eau remplit le tuyau d'aspiration et le corps de pompe. Alors , chaque fois qu'on élève le piston , Teau pénètre dans le récipient; elle y comprime l'air qu'on y tient en réserve. Une portion de l'eau introduite dans le récipient pénètre dans le tuyau d'élévation. Aussitôt que le piston descend , la pression de l'eam fait fermer la soupape du récipient ; l'air comprimé . réagit et chasse l'eau du récipient -dans le tuyau d'éléyation. Ainsi , l'eau monte dans le tuyau d'élévation , et lorsque le piston monte , et lorsqu'il descend. Quand le piston s'élève' , il refoule deux fois autant d'eau qu'il en peut passer durant le même temps dans le tuyau montant ; ri faut donc que l'ouverture par où l'eau pénètre dans le récipient, soit plus grande que l'ouvei^ture par où l'eau pénètre dans le tuyau montant.

Il existe beaucoup de cas où l'industrie a spécialement besoin d'un jeu continu dans l'action des pompes; c'est alors qu'il est avantageux d'employer les pompes à récipient d'air. L'action de l'air, dans ces pompes , n'a pas pour

DIXfÈME LEÇON. 3^3

effet d'accroître la force motrice , mais seulement d'en rendre les effets plus l'éguliers. Au reste , on aurait tort de croire à l'égalité parfaite de l'élévation de Teau , par les pompes à récipient d*air. Il y a des moments où l'élévation de l'eau atteint son maximum : tels sont les moments où Tair du récipient est le plus comprimé possible , et réagit , par conséquent , avec le plus d'énergie pour faire monter l'eau.

Système de corps de pompes adaptés au même tuyau d'élévation. Dans la fig. t3 , pi. Y , on voit seulement deux corps de pompe foulante M, N , ajustés , suivant le système ordinaire , au tuyau fourchu T, qu'on appelle vulgairement culotte*, à cause de sa ressemblance avec ce genre de vtjlement. E , tuyau d'élévation. Les deux corps de pompe sont parallèles; un des pistons s'élève quand l'autre s'abaisse. Par conséquent , il y a toujours de l'eau poupée vers le haut et jamais elle ne cesse de dégorger par la partie supérieure du tuyau d'élévation.

Quelquefois les deux corps de pompe , au lien d'être à côté l'un de l'autre , sont au-dessus l'un de l'autre, et fixés par des tiges aux deux traverses opposées d'un châssis en fer;

Pompe de Tvevictick ^ pL V, fig. i4- P> corps de pompe principal ; ^ , corps de pompe secondaire, d'un moindre diamètre. Les tiges des pistons qui jouent dans ces corps de pompe , sont réunies en q({, par des traverses. Le piston du grand corps de pompe est à clapet , l'autre est plein.

Quand les pistons montent, l'eau inférieure doublement aspirée s'élève , et le grand piston refoule l'eau qui déjà l'a traversé. Quand les pistons descendent , il faut que toute l'eau du petit corps de pompe monte dans le grand. Par conséquent , l'eau doit monter sans cesse.

A bord des grands navires , on fait usage de pompes à double piston y dont les détails sont représentés, pi. VJ , fi;;. I , 2, o , a, by Cj dy e, ff g. Les fig. i et 2 rcprésen-

3^4 DinAMIE.

teot l'élévatiou du corps de poiupe, va dans deux seni, qui s<int à angle droit; S^ ûg. i , représente ce qu'on appelle la chopine, qui peut s'enlever : elle est percée, et couTcrte par deux soupapes demi-circulaires. P , Q , sont les deux pistons. La tige du piston inférieur passe à travers le piston supérieur , dans une ouverture circulaire qui emboîte exaclcment cette tige. Une manivelle MM, fait mouvoir un arbre A , lequel porte d'équerre une traverse T, aux deux extrémités de laquelle est fixée, avec un boulon , rextrémité de la tige des deux pistons. Si l'on donne un mouvement de va et vient à la manivelle , un des bras de la traverse baisse quand l'autre s'élève, et, par conséquent , un des pistons descend quand l'autre monte. Tel est le jeu de la pompe à double piston.

La dg. 5 représente une section de deux pistons , sur une plus grande échelle. Les ûg. a, b, c^d ^ représentent la chopine S de la ûg. i ; a , la section verticale faite par l'axe de la chopine ; 6 , la projection horizontale du dessus de la chopiue^ c, la pièce de la chopine qui porte les clapets ou soupapes; d^ cette même pièce munie de deux clapets.

Les fig. e,y, g , offrent les détails d'un piston ; e est la partie intermédiaire qui sert à tenir le cuir ;y est la partie supérieure du piston poitant les deux clapets; g est L'a partie inférieure du piston.

An-dessous du corps de pompe , tel qu'il est représenté dans les fîg. i et 2 , on adapte le tuyau d'aspiration. A mesure que l'eau s'élève elle se dégorge par l'ouverture circulaire O, (ig. I et a. Cette pompe exige du soin dans l'exécution , mais elle produit de grands résultats.

La fig. 6 , pi. VI, représente une pompe aspiranie à piston tournant, avec un axp horizontal, qu'on doit à Brtmali. Le corps de pompe est un cylindre circulaire dont Taxe est horizontal ; les deux bases du cylindre sont des plaques

DIXIÈME LEÇON. 3a5

métalliques vissées contre des rebords à la circonférence du cylindre. Des rondelles en cuir sont placées entre l'assemblage des bases et des cylindres , pour empêcher tout passage de l'eau ou de l'air. Le piston tournant PP' est formé de deux ailes fixées à l'axe et portant chacune en dessus une soupape ; S , cloison verticale destinée à isoler exactement la partie gauche de la partie droite , dans le cylindre en dessous du piston. Quand on fait alternativement monter et descendre la droite et la gauche du piston , si , par exemple , la droite P descend , la soupape de ce côté se lève ; du coté opposé , la soupape est fermée par la pression du fluide déjà introduit dans la partie supérieure. Le fluide qui se trouvait du coté de P' , passe dans la partie supérieure C. Lorsqu'ensuite on fait tourner le piston en sens contraire , c'est la soupape P' qui s'ouvre et la soupape P qui se ferme. L*eau élevée de la sorte monte par un tuyau vertical.

Les fig. 4 et 5 représentent l'application de la pompe précédente, comme pompe à incendie. Le piston est mis eq. mouvement par une double manivelle MIVI qu'on monte et qu'on descend. La pompe est établie dans l'une des extrémités d'un tonneau; l'autre extrémité est pleine d'eau qui sert pour alimenter la pompe. On voit un réservoir d'air R fixé au-dessus du cylindre et servant à rendre le mouvement continu. Le tonneau garni de ses manivelles est porté sur un chariot à quatre roues.

Le service ordinaire des secours portés aux incendies se fait en Angleterre avec un soin particulier. Il est confié aux compagnies d'assurance contre l'incendie. Ces compagnies possèdent des équipages de pompes portés sur des chariots et traînés par des chevaux qui sont pareillement au service des compagnies , ainsi que les hommes nécessaires au jeu des pompes.

3^6 DYWAMIE.

Les tuyaux qui scryent à la conduite des eaux daos les rues de Londres, présentent, de distance en distance , de petits tuyaux verticaux qui s'élèvent jnsqa au raz du pavé , où ils sont fermés par nn couvercle à vis que l'on enlève à volonté. Un écrou foré qui termine un tuyau de cuir est vissé au besoin sur la tête du tuyau , en place do convercle , et l'eau est fournie en abondance par le tuyau de cuir ainsi placé. Tel est le moyen qn'on emploie pour porter avec rapidité , sur le lieu d'un incendie , toute l'eau nécessaire k l'extinction du feu. On évite ainsi, le plus souvent , en Angleterre , le travail lent , pénible , qui exige beaucoup de personnes , et qu'on effectue le plus ordinairement en France avec des seaux, que l'on passe de main en main.

Les pompes ordinaires , employées par les Anglais pour éteindre les incendies , se composent de deux corps de pompe et d'un réservoir, tous trois cylindriques et fixés sur une base borizontale de forme rectangulaire. Un système de manivelle fait mouvoir un levier, dont les deux bras portent respectivement un arc de cercle , avec une double chaîne attachée en deux points d'une tige de piston, pour faire monter et descendre alternativement les pistons qui jouent dans les deux corps de pompe.

L'eau d'alimentation fournie par le tuyau dont nous venons de parler passe dans un conduit à travers la table rectangulaire qui sert de support au corps de pompe et vient déboucher dans la partie inférieure de ces corps de pompe , d'où elle est refoulée dans le cylindre qui forme récipient d'air. Un tuyau vertical qui vient presque jusqu'à la partie inférieure du cylindre, et qui, dans le haut, traverse un couvercle en calotte sphérique de ce même cylindre , se termine par un coude et prend une forme conique. On peut diriger à volonté ce cône ; Teau refoulée par la pompe s'échappe par une ouverture au sommet du

même cône, et s'élève aux différents points où Ton veut projeter l'eau destinée à l'extinction des incendies. Lorsqu'on refoule l'eau élevée dans les corps de pompe , en passant dans le réservoir , elle s*élève au-dessus de la partie inférieure du tuyau d'injection. En s'élevant de la sorte , elle comprime l'air qui se trouve dans la partie supérieure du réservoir ; cet air étant comprimé réagit par son élasticité et rend continu le jet d'eau de la pompe. Le système que nous venons de décrire est transporté sur un chariot avec une caisse ou réservoir qui , au besoin , est rempli d'eau avec des seaux qu'on passe de main en main dans la partie de la ville où l'on ne trouve pas à proximité des tuyaux de conduite , pareils à ceux que nous avons décrits. Les pompes à incendie des Anglais, méritent aussi d'être remarquées par la manière dont la force des hommes est appliquée au mouvement de la machine. Un axe horizontal passe par le milieu du levier , dont le mouvement alternatif fait aller les deux pistons du corps de pompe. Pour mettre cet arbre en mouvement , on y ajuste un encadrement dont

les deux longs cotés parallèles à cet axe servent de poignées.

On place deux à trois hommes de chaque coté qui font force avec leurs mains sur ces poignées. De plus, vers les deux extrémités de l'arbre , sont fixés deux petits leviers terminés chacun par un arc de cercle comme le levi.cr principal qui sert au mouvement alternatif des pistons du.corps de pompe. A la partie supérieure de chaque arc de cercle est fixée une petite chaîne à l'extrémité de laquelle on attache solidemeht un marchepied horizontal et parallèh? aux poignées. Des pompiers , à cheval sur l'axe , appuient leurs pieds sur les marchepieds de droite et de gauche, et portent alternativement le poids de leur corps sur un marchepied et sur l'autre; ce qui ajoute à l'effet de la iiiacliine une force considérable. Ce moyen d'employer la force de l'homtne nous paraît remarquable. Le système

3^8 DYNAMIE.

entier est monté sur quatre roues basses, et se transporte depuis le magasin jusqu'au lieu de l'incendie, dans un tombereau auquel est joint un plan incliné le long duquel monte et descend l'équipage de la pompe. Un seul cheval suffit pour traîner le tombereau.

Les pompes anglaises ont sur nos pompes ordinaires à incendie plusieurs avantages qu'il est bon de remarquer. L'action des travailleurs ne tend pas à soulever alternativement tout le système d'un côté ou de l'autre, ni à secouer la machine avec un effort qui nuit à sa conservation. Le poids des ouvriers qui sont placés à cheval sur l'axe , contribue à la stabilité du système et diminue les efforts qui tendent à jeter la machine d'un côté ou de l'autre. Ajoutons que la marche suivie par l'eau refoulée est plus directe, et par conséquent éprouve moins de déperditions dans sa vitesse.

Pompe à air ou machine pneumatique. Elle se compose de deux cylindres verticaux ayant même diamètre et chacuu leur piston qui agit par aspiration. La tige de chaque piston est dentée; elle s'engrène dans, un arc de cercle fixé à l'extrémité d'un levier mû par une manivelle, et ayant son point d'appui au milieu de l'espace qui sépare les deux cylindres. Du bas de chaque cylindre part on tuyau de conduite qui vient déboucher sur un plateau horizontal. On couvre ce plateau d'une cloche de verre appelée récipient ; un enduit dont on entoure le bas de la cloche sur le plateau , intercepte tout passage entre l'air intérieur et l'air extérieur. En faisant jouer les pompes pour aspirer l'air qui se trouve sous le récipient, on diminue de plus en plus la masse de cet air ; on le raréfie. C'est ce qu'on appelle improprement ^«nc h vide. Un baromètre, placé sous le récipient montre , par la hauteur do la colonne de mercure , la pression qu'exerce l'air pins on moins raréfié.

Delajbrce du t^nt ; {ventilateurs; nai^igation;

moulins a i^ent.

La force du vent &it sentir soti action , à chaque moment, sur presque tous les poinU du globe : car c^est en chaque Heu le très-petit nombre des instants que ceux qù l'air est par-^ faitement tranquille. De la moipdre agitation de l'atmosphère , lorsqu'il se présente un obstacle , résulte une force qui s'exerce pour donner naissance à quelque phe'nomène naturel pli^s ou moins prononcé j tantôt utile et tantôt ^ujiâible aux travaux de l'industrie.

Les vents, considérés dans leur influence générale sur la nature , produisent des résultats extrêmement favorables. Us purifient chaque lieu , des miasmes délétères que la putréfaction ou d'autres causes pourraient y avoir accumulés. Us offrent un nouvel air vital à ceux des êtres vivants pour lesquels la respiration de cet air est indispensable.

L'homme a profité de l'agitation presque con* tinuelle de l'atmosphère, pour renouveler, par des {ventilateurs^ l'air qui croupit au fond de la

T. m. — Dynam. 42

cale et dans les entre-ponts des vaisseaux. Quelques-uns de ces ventilateurs sont formés d'un cylindre de toile, dont la partie supérieure est ouverte verticalement. On dirige 1 ouverture du côté d'où vient le vent; l'air extérieur, pour obéir à la force qui le sollicite, descend dans le ventilateur, se répand dans la cale et dans les entreponts, d'où il chasse l'air vicié par la respiration des hommes , et par les exhalaisons d'une foule d'objets putrescibles ou susceptibles d'entrer en fermentation. Chaque fois que les dangers de la navigation ne contraignent pas de fermer toutes les ouvertures du vaisseau, telles que les écoutilles et les sabords, on a soin de les ouvrir; ce sont autant de ventilateurs qui reçoivent de l'air frais du côté du vent, et permettent à l'air ancien et vicié de s'échapper par le côté opposé.

Depuis qu'on a mieux connu l'art de ventiler les vaisseaux , et d'y maintenir une propreté plus constante , le nombre des maladies résuU tantes des navigations de long cours est considérablement diminué. Certaines maladies telles que le scorbut sont , pour ainsi dire , entièrement disparues à bord des vaisseaux.

On emploie pareillement des ventilateurs pour renouveler l'air au fond des mines et dans les prisons. L'habitation des hommes dans un endroit constamment fermé est une des causes les plus terribles de maladies contagieuses, les-

quelles ne sont autres que, ces fièvres de prisons , ces typhus , qui.se répandent ensuite daiiï la société , d'une manière très'^efifrayaqte*

Dans les contrées où les lois de Thumanité sont sacrées, où l'on accorde des égards, même aux criminels , et surtout s^ux simples prévenu?! que la justice n'a pas encore convaincus de culpabilité, l'on emploie tous les moyens de l'art pour renouveler avec régularité l'air des prisons.

Il importe également de renouveler , par des moyens artificiels , Fair des hôpitaux : précaution rendue surtout nécessaire par l'état. maladif d'un grand nombre d'individus concentrés en un seul point. On peut, daqs la partie supérieure des fenêtres , pratiquer de petites ventouses qu'on laisse ouvertes toute la nuit , afiti que les gaz délétères , plus légers que l'air atmosphérique, se de'gagent par cette partie. On peut creuser da^ns les planchers sur lesquels les lits sont posés, de petites ouvertures qui permettent aux ga2^^ méphitiques plus pesants que l'atmosphère, de s'écouler par l'effet naturel de leur poids,: et de sortir de l'édifice.

Les jaloiisiçs , qui sont composées de planchettes d'égale grandeur, également inclinées, ont l'avantage de décomposer la force du vent, de la diriger -vers la partie supérieure de l'édifice , et de renouveler l'air des. appartements que cqs jalousies servent à fermer.

333 DINAMIE.

II serait à désirer qu on employât quelquesunes des dispositions que nous menons d'indi* quer, afin de renouveler I air de l'atmosphère , dans nos théâtres , dans nos assemblées publiffues et dans les salles consacrées aux fêtes, à la danse , et à toute espèce de plaisirs.

Le grand nombre de lumières placées dans ces appartements occasionne une consommation d'air vital si considérable , qu'il importe d employer tous les moyens pour renouveler abondamment l'air vicié par cette combusHon, et par la respiration de la foule dos spectateurs. Ce renouvellement a le double avantage, d'offrir un air pur k la respiration de chaque' personne , et de diminuer en même temps l'élévation de température : élévation que concourent à produire la combustion de tant de lumières et la respiration de tant de personnes.

Mous ne quitterons pas ce sujet , sans dire un mot d'un petit ventilateur qu'on adapte quelquefois au milieu d'un carreau de vitre. C'est un cercle fixe , au milieu duquel tourne une roue dont les rais également inclinés et plats , peuvent être comparés aux ailes d'un moulin. Quelle que soit la direction du vent , il en décompose la force dans le même sens sur chacune de ces ailettes, inclinées aussi dans le même sens , et fait tourner la roue avec une vitesse d'autant plus grande que la force mém^

du vent est plus considérable. Enfin ^ ce mouvement ne peut s'exécuter sans que Tair passé entre les ailettes , et s'insinue dans l'appartement.

Une des applications les plus importantes par son étendue', et par la grandeulf des résultats qui en sont les conséquences , est celle de la force du vent à la navigation. Si nous prenons un seul peuple tel que le peuple anglais, qui emploie 160.000 hommes à sa marine marchande, et !20.ooo hommes à sa marine militaire, ce qui fait 180.000 lîiarins, sans compter une foule de pêcheurs et de petits caboteurs ; nous voyons qu'avec le secours de la force du vent , chacun de ces 180.000 hommes peut conduire i5,ooo kilogrammes ; tandis que , par le secours de sa force corporelle , il ne pourrait porter au plus que 60 à 70 kilogrammes , et traîner sur une voiture que i5o à aoo kilogrammes. La différence de 70, de i5o et au plus de aoo kilogrammes à 1 5.000 kilogrammes , eét donc une force ajoutée à celle de l'homme par la force du vent. On trouve ainsi que la force du vent ajoute à la force de 180.000 marins, la force nécessaire pour transporter a.664.000.000 de kilogrammes, à la distance moyenne des voyages que peut faire un navire dans ime année; résultat immense et tout entier donné par la nature à la navigation d'un seul pays î

Malheureusement en France , où le commerce

334 DYNAMIE.

et la navigation n'ont pas à beaucoup près un développement pareil à la navigation et au commerce de la Grande-Bretagne, nous sommes loin d'avoir fait à la nature un emprunt de forces aussi considérable, pour l'appliquer au transport de nos produits. C'est une infériorité de richesses, qui a les conséquences les plus graves sur le bien-être et sur la puissance comparée des deux pays.

Après vous avoir donné l'idée de l'extrême importance de cette application de la force du vent à la navigation , si je voulais vous expliquer en détail , comment cette force est appliquée aux navires de différentes formes , suivant les divers systèmes de voilure et de mâture , il faudrait un volume entier. Je me contenterai de vous faire comprendre comment , avec la force du vent, toujours agissant dans une même direction, le navigateur parvient par son art^ à s'avancer, non-seulement en suivant la direction naturelle du vent, mais en s'écartant à volonté de cette direction , pour faire avec elle un angle très-petit , puis de moins en moins aigu, puis un angle droit et un angle obtus, afin de remonter ainsi contre l'origine du vent , en faisant avec la direction du vent , un angle plus grand que l'angle droit. Lorsque le navire fait l'angle le plus grand possible avec la direction naturelle du vent, et par coQsé-.

quenty l'angle le plus petit possible avec la direction opposée ^ on dit qu'il navigue au plus près du vent ^ c'est-à-dire, qu'il s'approche le plus près possible de l'origine du vent.

Plaçons un riavire dans une direction telle , que la ligne droite menée du milieu de sa pouppe au milieu de sa proue suive la direction même du vent, la proue en avant; orientons les voiles perpendiculairement à cette direction» Ces voiles , ainsi que le navire , étant symétriques par rapport au plan vertical qui va du milieu de la pouppe au milieu de la proue, il n'y a pas de raison pour que le navire se dévie vers la droite plus que vers la gauche, par rapport à la direction du vent ; par conséquent, il doit suivre cette direction même. Telle est la marche directe qu'on appelle i^nt arrière. Supposons , maintenant , qu'au moyen du ti* mon, l'on fasse tourner le gouvernail dans un sens ; aussitôt le vaisseau tournera dans le sens contraire, pour prendre une route oblique, lia* quelle dépendra de la direction du gouvernail et de la direction des voiles. Dans tous les cas , si la force du vent agit perpendiculairement sur une voile, elle transportera dans sa direction propre , son impulsion à la mâture , et, par conséquent, au navire. Si la force du vent agit obliquement sur la voile,. il faudra la décomposer en deux, l'une dans le sens de la voile, qui ne produira

336 DYNAMIE.

point d'effet, lautre dans le sens perpendiculaire, qui produira son plein et entier effet sur la mâture et sur le navire.

Dans la direction du plus près , la proue est plus près de l'origine du vent que la pouppe ; les voiles sont obliques, et plus obliques encore, par rapport à la direction du vent, que le navire même. Lorsque le vent vient frapper ces voiles , il se décompose ainsi que nous venons de le dire. La seule force qui agisse et qui est perpendiculaire à la voile, se décompose en deux autres : la première perpendiculaire à la largeur du navire et qui tend à pousser ce navire perpendiculairement à cette largeur, mouvement qui présente une énorme résistance et qui , pour cette cause , est très-péH sensible ; la seconde y dirigée parallèlement à la longueur du navire , éprouve une résistance plus ou moins grande, et, par conséquent, &it avancer le navire dans ce sens, beaucoup plus qu'il ne recule dans le sens transversal. Voilà pourquoi , malgré ce reculement qu'on appelle défisse , le navire avance contre la direction du vent; mais il avance en c^liquant. Donc, si l'on veut passer dW point à un autre, suivant une ligne droite parallèle à la direction du vent, et en remontant contre cette direction, il faut parcourir une ligne brisée dans la première partie, éloignée suf-

ONZIÈME LEÇON. \itj

fisamment de la ligne t^'acée suivant la direction du vent. Quand on est arrivé à la hauteur du milieu de cette dernière ligna , si Ion change de route pour prendra une direction toujours opposée à celle du vent, mais d'un bord contraire , cette nouvelle direction ou bordée conduira nécessairement à la seconde extrémité de la ligue dont on est parti. Ainsi^ avec deux ^ ou

quatre, ou six lignes brisées , Ton peut aller

d un point à un autre sur la mer^ en naviguant contre la direction du vent.

La forme des voiles n'est nullement indifSê*rente , dans la transmission de la force du yent ^ pour mouvoir le vaisseau. Si la voile est triangulaire , à surfaces égales , son centre de gravité sera plus élevé que celui d'une voile quarrée qui aurait même base. . En effet , pour la voile triangulaire, il sera placé au tiers de la hauteur , t»mdis que , pour la voile quarrée, il sera placé au .milieu de cette hauteur. Toutes choses égales d ailleurs , la force du vent agit donc d'une manière plus dangereuse pour faire chavirer le navire, dans le cas où l'on fait usage de voiles triangulaires que dana le cas où l'on fait usage de voiles quarrées.

Les voiles trangulaires , employées surtout pour les bâtiments qui naviguent dans la A|é« diterranée , ont le grand avantage d'aller chercher très-haut par leur sommet la moindre

T. III.-IDtnam. 45

338 UVNAMIB-

brise de vent qui se fait sentir dans la belle saf* son, au débouché des nombreuses vatlées que présente aux navigateurs le territoire généralement montueux des côtes méditerranées de l'Espagne , de la France , de l'Italie , de la Cône , de la Sardaigne et de la Grèce.

Mais ces voiles sont moins maniables , eC comme nous l'avons fait remarquer, moins £sivorables à la stabilité que les voiles quarrées. Voilà pourquoi les bâtiments de la Méditerranée , lorsqu'ils passent dans une mer très-dure , telle que l'Océan^ quittent les voiles triangulaires et prennent des voiles quarrées.

A mesure qu'on s'est servi de plus grands navires, on a dû multiplier sur chacun le nombre des voiles , afin que leur grandeur ne fut pas trop disproportionnée à la force des bommes qui doivent les manœuvrer, nonseulement lorsque le temps est favorable , mais au milieu des tempêtes les plus terribles. .

Telle- est la raison principale qui a £iit successivement employer deux y trois et même quatre mâts verticaux, indépendamment d^un mât incliné placé sur la proue ; et qui a Eût décomposer chaque mât en deux , trois et même quatre parties indépendantes, dont diacune porte sa voile , avec des allonges ou bouie^hors de droite et de gauche , qu'on peut sortir ou retirer à volonté. Indépendamment de ces YoHes ,

ONZIÈME LEÇON. ' SSq

on en place d'autres , taillées en forme de tiîangle ou de trapèze , entre les mâts verticaux et le mât incliné sur la proue , qu'on ap]pelle beaujpré.

C'est un art compliqué qui demande beaucoup d'expérience et une grande justesse de coup d'œil , que celui de décider , à chaque instant , parmi toutes ces voiles , quelles sont celles qui, pour une direction donnée du vent et de la marche du navire , sont plus avantageuses à déployer; puis, suivant quelle direction il faut les fixer; et quelles sont les voiles, au contraire , qu'il importe de supprimer, soit pour continuer suivant une route donnée , soit pour changer de route , et pour évoluer suivant des conditions déterminées. Cet art de la manœuvre eét celui des capitaines des bâtiments de guerre et des bâtiments marchands ; il exige , des connaissances théoriques et beaucoup de pratique.

Dans plusieurs machines , on se sert de la résistance que les corps éprouvent à se mouvoir dans l'air, comme a'un modérateur qui empêche que le système ne prenne une accéléraration pernicieuse. L'exemple le plus simple qu'on puisse offrir de cette application , est le volant de certains tourne-broches ; volant qui se compose d'une roue à la circonférence de laquelle sont placées de petites plaques métalliques, dont le plan , passant par l'axe de la rouc^, est perpendiculaire à la direction du mouve*

34o DYITAHXS.

ment de ces plaques, lorsque la roue se meut. Quand le mouvement de la roue est très-lent, la résistance que ces plaques éprouvent de la part de l'air est k peine sensible. Elle s^accroît ensuite par degrés rapides, à mesure que la vitesse tle la roue augmente; et, si l'on représente les degrés de vitesse par

les nombres r^QjO, 4i ^» ^ j 7> ^9 9» ><>! les nombres i, 4) 9 9 16 1 3^» ^69 49 « ^4» ^i« 100,

représenteront la résistance éprouvée" par les plaques en vertu de l'inertie de Fair, On peut encore offrir plusieurs autres applications de ce système. Nous les ferons connaître.

Les voiles d'un navire produisent un effet analogue au volant, pour empêcher la trop grande agitation de roulis et de tangage. Le roulis, c est-à-dire, le mouvement qui & opère suivant un axe horizontal, dirigé de la pouppe à la proue, est le plus considérable, quand les voiles sont dirigées dans un plan perpendiculaire à cet axe , c'est-à-dire , dans le plan même du mouvement du roulis; alors, elles n'of&ent aucune résistance à ce mouvement. Jésuite , à mesure qu'on incline les voiles', et qu'elles présentent une plus grande surface à la direction du mouvement de roulis, ces voiles étant frappées par une plus grande masse d'air , lorsque le roulis a lieu , résistent de plus en plus , et le roulis diminue d'étendue. C'est ce. qu'on

ONZIÈMB LEÇOIf. 34^

observe encore plus sensiblement^ lorsque lés voiles étant prientées de manière à présenter une très-grande surface dans le sens transversal , sont tout à coup amenées; comme à Tinslant où Ion jette Tancre et l'on cesse de naviguer- C est aussi l'instant où 1^ mal de mer , causé par les mouvements du navire , affecte le plus les personnes qui ne sont pas faites à ces mouvements.

Une application très-remarquable de la force du vent est celle des moulins h f^ent.

On fait usage de la force du yent pour donner l'impulsion à des roues qui portent de grandes ailes, et qui caractérisent ce qu'on appelle les moulins à vent.

Il est évident qu'un semblable système méchanique ne peut convenir qu'à des travaux qui n'exigent pas d'être constamment entretenus avec le même degré de force et de vitesse , et qui peuvent même, sans inconvénient, souffrir une interruption de plusieurs jours , lorsque le vent est calme. Cet inconvénient s'oppose, malgré toute l'économie qu'on peut trouver dans l'emploi du vent, à ce qu'on s'en serve comme force motrice, pour Ja plupart des opérations des grandes manufactures.

Mais , on peut s'en servir avec avantage pour des opérations qui ne sont pas urgentes et qui n'ont pas besoin d'être faites avec une régularité

34^ DYNAMIE.

constante. Un autre inconvénient de la force du vent ^ c'est l'impossibilité d'en faire usage dans toutes les situations. Il faut que le moulin soit établi sur quelque éminence, ou dans une plaine assez spacieuse , ou dans une vallée très-large et qui ne soit pas abritée par de hautes forêts ; afin que le vent puisse arriver librement , de quelque direction qu'il souffle , jusqu'aux ailes du moulin.

Voici les applications principales qu on £ait de la force du vent. On s'en sert : pour moudre les grains; pour exprimer les huiles de certaines graines; pour broyer l'écorce du chêne qui sert ^ faire du tan ; pour scier des bois ; enfin , pour élever des eauic destinées aux irrigations , ou simplement pour épuiser les eaux qui noient un territoire , et le dessécher par ce moyen,

Les moulins à vent ont été d'abord m'is eh usage dans l'Orient, et nous ont été donnés par cette contrée, vers l'époque des croisades. Un décimètre cube d'air , bjen purgé d'eau , à la température de la glace fondante, et sous une pression donnée par une colonne de mercure haute de 76 centimètres , pèse un gramme ~. En cherchant à mesurer par l'expérience la force du vent, Mariotte a trouvé que, si la Vitesse est de 3"*'*,898 , par seconde , il produit uiie i^ipuUioQ de 179 grammes, contre un«

ONZIEME LEÇOIC. 343

surface mobile ayant i.o5o centimètres quarrés.

Borda et Rouse ont aussi fait des expériences à ce sujet. Les résultats de ces deux savants font voir que Faction impulsive du vent est propor^ tionnelle au quarré des vitesses du vent, dans un temps donné. Il est facile de js'en rendre raison^ puisque dans ce temps ^ chaque partie d'air qui est animée d'une vitesse plus considérable , s0 renouvelle un nombre de fois d'autant plus grand , que cette vitesse est aussi plus grande^

Les résistances que l'air éprouve contre diverses surfaces , Croissent dans un plus grandi rapport que l'étendue même de ces surÊices. Ainsi, par exemple, d'après l'expérience de Borda , des surfaces quarrées dont les côtés sont respectivement 4*t 9 , ^t* dont les surfaces sont respectivement 16 et 81 , résistent à l'action du vent ^ suivant le rapport de 16 à 94 7- Ce dernier résultat nous fait voir que ^ toutes choses égales^ d'ailleurs, il est plus avantageux de naviguer avec des voiles d'une grande étendue et en petit nombre, qu'avec beaucoup de petites voiles présentant la même superficie.

Quand. le vent agit obliquement contre les sur&ces , sa force se décompose , ainsi que nous l'avons expliqué , et l'on ne doit compter que la partie décomposée perpendiculairement à la sur&ce de la voile. La décomposition du parai" lélogramiDe des forces donne un résultat sensi-*

344 • DTNAMI]!.

blement exact ^ lorsque Ton compare la force perpendiculaire du vent avec des fbrceis produites par une direction du vent , qui fait avec la surface de la voile un angle compris entre 3o et 45 degrés : ainsi que Borda s'en est assuré d'une manière pratique.. L'expérience démontre encore que l'action du veut est plus grande quand elle agit sur une surface plane que quand elle agit sur une surface dont la convexité est opposée à la direction du vent.

Il y a deux espèces de moulins à vent : dans les uns, on dresse des surfaces planes sur le contour d'une roue horizontale; ces moulins sont , pour ce motif, appelés moulins horizon-- /tziu;. Ils offrent beaucoup moins d'avantages que les moulins où l'action du vept esj appliquée à des ailes formant les rayons d'une roue verticale. Ces derniers sont , par conséquent ^ ceux qui nous occuperont plus particulièrement

Je dois citer cependant un moulin horizontal ingénieux, que j'ai vu construit, en Angleterre , près de Londres. Imaginons une grande et haute tour circulaire, dont le contour offre une suite d'ouvertures verticales obliques , qu'on pourrait comparer à celles d'une jalousie appliquée sur le contour d'un cylindre. Quelle que soit la direction du vent, il pénètre entre un quart des ouvertures , et tend à s'avancer dans Tintérieur de la tour, avec une direction qui agit toujours

dans le même sens ; en pénétrant ainsi dans cet intérieur, il rencontre des voiles dressées parallèlement aHx arêtes du cylindre de la tour , les pousse toujours dans \é natéroe sens, et fait ainsi marcher le moulin. L'air s'échappe ensuite par les diverses ouvertures qui sont du côté opposé au vent.

Arrêtons-nous à la description ^les moulins à ailes verticales. Pour que ces moulins re* çoivent l'impulsion du vent dans tous - les sens, il faut qu'on puisse présenter le plan vertical des ailes dans une direction perpendi*culaire à celle du vent. C'est pourquoi l'arbre horizontal qui porte des ailés est fixé sur le haut de la tour avec le toit même , à un système circulaire qui lui permet de tourner en tous sens , au moyen d'un grand levier, dont le bout s'approche de la terre , et que le meunier pousse à la main, afin de placer les ailes dans lane direction convenable, ou, comme ou dit y do* rienter le moulin.

Oans les moulins anglais , fig. i , pi. VII , on voit une petite roue , dont les ailes sont dirigées dans un plan vertical , qui passe par l'axe vertical du moulin. Quand le vent s'écarte de ce plan vertical , il agit sur les ailes de la petite roue dont le mouvement se transniet à la tige T, et aux roues d'angle R , R' ; S, S' . Les dents S'

sont placées sur une grande couronne circu-> T. m. — Dynam. 44

346 DYNAMIE.

laire qui tient à la partie supérieure du moulin^ laquelle tourne sur des roulettes r, r; lesquelles courent sur un plateau circulaire fixé à la partie inférieure du moulin. La fig, a montre le plan d'une partie de la couronne circulaire S'S' engrenée avec S.

Par un méchanisme ingénieux, les ailes motrices A, A, fig. 1, pi. VII, se déshabillent d'ellesmêmes quand la force du vent devient trop grande. Chaque aile est formée de deux montants mm j mm , sur lesquels peuvent glisser les supports //, //, de rouleaux r, r, r, sur lesquels s'enroulent des voiles rectangulaires. Un tirant fourchu ttes\ fixé aux supports //, iZ, des cylindres de chaque aile. Le sommet a de la fourche tl y est boulonné au bout d'un levier coudé abc. Une tige ddd^ dentée en d^ quand elle saille en dehors fait approcher a de dcU

Lorsque la vitesse des ailes passe un certain terme , la force centrifuge pousse en dehors les supports //, //; dans ce mouvement, les galets

que porte l'essieu de chaque rouleau r, r, r,

firottant sur la partie ^\eff^ font tourner les rouleaux de manière à serrer de plus en plus les voiles. En même temps les tiges fourchues // , éloignent aàtdd^ font rentrer dd dont la partie dentée d' transmet son mouvement aux roues d'angle k^tk la grande poulie H , qui soulève un contre-poids. Dès que le vent Êdblit, le

ONZliSMK T4EÇ0I!r. 347

contre-poids descend et force tes voiles à- se déployer de nouveau.

La fig. 3 est une projection vertiôater-en grand , de la combinaison des leviers o^, fig. r, des quatre ailes, autour de la tige dd.

La fig. 4 ^t le plan d'un rouleau à voile; Oh y voit clairement comment est tenu par ses extrémités l'essieu du rouleau y et comment il peut rouler sur un galet g.

Dans la fig. i , la grande roue d'angle XX est celle qui transmet directement la force du veijit au méchanisme spécial du moulin. /•

La fig. 5 est la projection d'une aile liotlan>» daise, sur un plan mené par l'arbre A A qui porte les ailes, et par le milieu longitudinal de la pièce principale PP de l'aile.

Le vent n'agit que rarement dans une direction qui soit horizontale. L'expérience a 'fait voir que, par* ce motif, si l'on veut obtenir le plus grand efiet de la force du vent, il '&ut incliner de 8 à i5 degrés l'arbre qui porte les ailes , et non pas tenir cet arbre horizontal. Si les ailes étaient chacune dans un plan perpeîir diculaire à l'arbre , il est évident que la foroe du vent, en frappant ces ailes, ne pourrait faire tourner l'arbre. Il faut donc leur donner une inclinaison, et cette inclinaison^^oit être dans le même sens pour toutes les ailes j^ afin que. la force, décomposée suivant Je. * plan de toutes

348 DTNAMIE.

les ailes , agisse pour faire tourner Tarbre dans un sens qui soit le même.

Smeaton, célèbre ingénieur anglais , a fait, sur la force du vent , des expériences qui méritent d'autant plus de confiance , qu'elles concordent dans leurs résultats avec les observations de Coulomb sur de grands moulins à vent. Pour donner plus de régularité à ses expériences, au lieu de recevoir l'action directe du vent qui varie à chaque instant, il a préféré faire mouvoir son modèle de moulin , en lui imprimant l'impulsion d'une force bien connue au milieu d'un air en repos. Par ce moyen , il était parfaitement sûr de la vitesse avec laquelle les ailes se mouvaient dans l'air. Il enroulait sur l'arbre horizontal qui portait les quatre ailes mises en expérience une corde, à l'extrémité de laquelle pendait un plateau qu'il chargeait de poids à volonté. Le travail effectué par les ailes consistait à lever <5e plateau , avec une vitesse plus ou moins grande, dans un temps donné. Smeaton a commencé par chercher quel degré d'inclinaison convient le mieux aux ailes planes. Il a reconnu que le poids nécessaire pour arrêter le mouvement des ailes inclinées à 35 degrés, surpassait le poids nécessaire pour arrêter le mouvement d'autres ailes différemment incHnées , et se mouvant avec la même vitesse.

QNZIÈMB XiEÇON. 3J$9

D'après les expériences de Smeat^ ,< pour que des ailes d'une dimension donnée transmettent réguUèremeot la plus grande force possible , dans un temps continu donné ^ il £aiut que leur inclinaison soit de 1 5 à 18 degrés ; Tavantage est en faveur de cette roue , comparée à celfle pour laquelle l'inclinaison est de 35 degrés, dans le rappoi^ considérable de 45 à 3 1. Il a &it encore une remarque qui montre que l'inclinaison comprise entre 16 ^ 18, diffère peu à\i mcùmiiùn absolu : c'est qu'en augmentant ou en diminuant d'un à deux degrés l'inclinaison des ailes , il n'en résulte qu'une très-faihle différence d'effet total , comparativement à «celiui qu'il a donné comme le plus avantageux.

Smeaton a mis également en expérience de^ ailes dont la surface, au lieu -d'être plane, fSrt: gauche , et de moins en moins inclinée , à proportion que le point de l'aile où l'on niesuTC cette inclinaison s'éloigne de l'axe : il n'a pas trouvé que le résultat fût plus avantageux^ qu'en employant des ailes planes.

Les constructeurs 'hollandais inclinent au contraire , de plus en plus la partie de leurs ailes à mesure que cette partie s'éloigne de l'axe.

Voici le tableau des inclinaisons dès diverses parties des ailes, sur le plan daqs lequel s'opère le mouvement de rotation : inclinaisons

35o DTNAMIE.

déterminées par les expériences de Srsaeaton ^ comme les plus avantageuses.

Angle fait avec le plan du mouvement

de la longueur de la voile, en s éloignant de Taxe.

Les meilleurs moulins de la Flandre française , observés par Coulomb , donnent des résultats sensiblement analogues à ceux de Smeaton. Les inclinaisons des diverses parties de l'aile varient, cependant, depuis le point le plus près du centre , jusqu'au point le plus éloigné , de 3o degrés jusqu'à 12 degrés dans quelques moulins , et jusqu'à 6 dans quelques autres.

Smeaton a fait varier ensuite la largeur des liles. 11 a trouvé que , pour obtenir le meilleur effet possible , il faut que l'aile large soit inclinée sous un angle plus grand : il a vu qu une aile plus large à l'extrémité qu'au centre , vaut mieux qu'une aile rectangulaire : à surfaces égales, c'est la forme du trapèze qui paraît la plus convenable.

Smeaton a reconnu qu'au delà d'une certaine limite , il était plutôt nuisible qu'utile d'accroître la surface des ailes , parce que l'air ne trouve plus assez d'espace pour s'échapper après les avoir frappées.

Smeaton a voulu connaître par l'expérience, le rapport de vitesse des ailes tournant libre^

ONZIÈME LEÇON. 35l

ment , sans produire aucun travail , et des ailes qui produisent un travail aussi grand que possible. Le rapport de cette vitesse est généralement celui de 3 à 2 ; c'est-à-dire , que si des ailes libres font trois tours dans un temps donné, les ailes qui, dans ce temps, pourront produire le plus grand travail possible , ne feront que deux tours. Pour un même moulin , le travail est généralement proportionnel à la vitesse du vent. Ainsi , quand la vitesse du vent devient double, triple ou quadruple, les ailes travaillent avec une vitesse pareillement double , triple quadruple, etc.

Enfin, dans un temps donné, le travail fait par un moulin est proportionnel au quarré de la vitesse du vent.

Les observations de Coulomb sur les moulins de la Flandre française lui ont prouvé que sur plus de cinquante moulins disséminés aux environs de Lille , et placés dans la même exposition , l'effet utile est à peu près le même , quoique ces moulins présentent quelques différences de construction , et diffèrent un peu dans l'inclinaison de l'arbre qui porte les ailes , et dans la disposition de ces ailes; ce qui prouve que ce genre de constructions doit être fortapproché du maximum d'effet.

Nous n'entrerons pas dans de plus grands détails au sujet des expériences qui peuvent

^2' DYNAMIE.

faire connaître le rapport le plus avantageux entre la position et la dimension des ailes de moulin ; nous nous contenterons de renvoyer , pour cet objet, aux ouvrages des deux ingé*^ nieurs , français et anglais , que nous avons cités.

Voici d'après Coulomb quel est le travail annuel opéré par les moulins de la Flandre. Année moyenne , chaque moulin à huile , en fabrique quatre cents tonnes. Il trouve que ce travail correspond à celui de huit heures par jour durant tous les joiu*s de l'année , en produisant une force de 34*7^8 kilogrammes élevés à un mètre par minute. Ce qui, en prenant pour unité dynamique, ou dyname (i) , un million de kilogrammes-, ou mille tonneaux élevés à un mètre, donne pour travail journalier i6 7 dynames , à quoi il faut ajouter un sixième en sus pour les frottements.

Il faudrait une machine à vapeur de Watt , d'environ trois chevaux pour produire le même effet utile.

Quand on applique la force du vent à. moudre du bled , on trouve qu'il faut la même force pour moudre 1000 kilogrammes de bled et pour fabriquer 3 \ tonnes d'huile : cette force égale 5 ^ dynames.

(i) Vo\ez au sujet du Dyname, la fin de la XV*. leçon.

De la chaleur.

La chaleur passe, tantôt des corps étrangers dans notre corps, ce qui produit en nous la sensation du chaud ; et tantôt de notre corps dans les corps extérieurs , ce qui produit en nous la sensation du froid. Cette transmission ne s'opère pas seulement entre le corps humain et les corps étrangers; elle s'opère entre tous les corps de la nature, et cause de^ phénomènes d'une extrême importance pour l'industrie.

A mesure que la matière augmente de chaleur, elle augmente aussi de volume; lorsqu'elle diminue de chaleur, elle diminue pareillement de volume. Cette observation donne le moyen de mesurer la chaleur avec des instruments. Les corps d'une forme bien déterminée varient de dimension d'une manière qu'il est facile de mesurer et qu'on rend sensible à la vue : tels sont les thermomètres, dont nous parlerons bientôt. Examinons comment on a pu rendre cette mesure universelle pour la chaleur des corps.

Afin de faire passer un kilogramme d'eau , de la température de la glace fondante à celle de T. III. — Dymam. 45

354 DTNAMIE.

Feau bouillante, il faut une quantité de chaleur que nous prendrons pour base de toutes les mesures. Nous appellerons ihçrme la centième partie de cette quantité'. Nous divisons en cent degrés les états de chaleur ou de température de l'eau

qui possède, pour chaque kilogramme, i, a, 3

loo thermes, ou parties de chaleur (i).

Voici , maintenant, pour chaque degré d'augmentation de chaleur, quel est l'allongement d'un prisme ou d'un cylindre dont la longueur est représentée par le nombre i.ooo.ooo.

Acier non trempé '<^»79

Acier trempé jaune , recuit à 65**. ia,4o

Argent de coupelle *9>io

Argent au titre de Paris 19*09

Cuivre 'y*'?

Cuivre jaune i8>7S

Étain des Indes i9,38

Étain de Cornouailles 21,^3

Fer doux forgé ia,2o

Fer rond passé à la filière. .... I2,35

3/crc«re ( en volume ) ïSi»77

Or de départ 14*67

Or au titre de Paris, non recuit. . i5,5a

Idem recuit. . i5,i4

Platine (selon Borda) 8,57

Plomb 28,48

Flintglass anglais 8,iQ

(i) 80 anciens degrés de chalem* égalent les loo nouyeam degrés. Nous n'emploierons jamais les anciens degrés.

Verre de Fraaciî^ avec plomb. . . 8,72

Tube de verre sans plomb 8,97

Glace àe Saint-Gobain 8,90

On voit par cette table la grande dilatation qu'éprouve le mercure et la faible dilatation qu'éprouve le verre. C'est sur ces deux propriétés opposées du mercure et du verre qu'est fondée la construction du thermomètre.

Qu'on imagine un tube parfaitement cylindrique et terminé d'un bout par une sphère creuse d'un diamètre beaucoup plus grand que le diamètre du tube. Supposons, par exemple, que le diamètre de la sphère soit égal à dix fois le diamètre du tube : le volume de la sphère sera 66 I fois aussi considérable que celui d'un cylindre ayant même diamètre que le tube et même longueur que le diamètre de la sphère. Par conséquent , les augmentations de volume d'une masse de mercure qui remplirait exactement la boule sphérique, s'élèveront, dans le tube , à une hauteur &6 ^ fois plus considérable que ne ferait le mercure occupant dans ce tube une hauteur égale au diamètre de la sphère. C'est par ce moyen qu'on rend sensible à la vue simple la dilatation du mercure pour chaque degré centésimal. On marque sur une planchette , dans laquelle le tube et la boule de mercure sont encastrés , des divisions qui correspondent aux diffër^ints degrés de température, depuis

356 DYNAMIE.

zéî^o jtisqu a loo degrés et au delà de* ces limites.

Le tube et la boule du thermomètre, étant composés d'une substance qui se dilate par la chaleur et qui diminue de volume par le froid, cette variation influe sur l'étendue des espaces parcourus par le mercure, lorsque la température augmente ou diminue. On obvie à cet inconvénient par la manière dont on exécute et dont on gradue les thermomètres.

Lorsqu'on fait passer les différents corps , que nous avons énumérés dans le tableau précédent, par tous les degrés de chaleur qwi'il nous est possible de produire, on remarque qu'un certain nombre de substances suivent une marche à peu près proportionnelle. Tels sont le mercure, le verre et les métaux en général, ex- Cr»pté l'acier trempé. Cependant il faut observer que chaque corps solide ne se dilate point également pour un même nombre de degrés pris à partir de différents points sur l'échelle du thermomètre.

Par conséquent, il n'est pas exact de dire que la dilatation des corps est préciséiAent proportionnelle aux degrés de chaleur que ces corps éprouvent; elle devient plus considérable, à mesure que la température s'élève. Ainsi, la dilatation des métaux est plus grande de 300 à 3oo degrés , que de 1 00 à 200 degrés. Cet accroissement devient particulièrement remarquable ,

lorsqu'on approche du degré où les corps entrent en fusion. Néanmoins, dans la pratique des arts , et pour des variations de chaleur qui ne soient pas très-étendues , on peut , sans erreur sensible , admettre que la variation du volume des corps est proportionnelle au nombre de degrés de chaheur qu'ils acquièrent ou qu'ils perdent.

Le mercure est peut-être le liquide qui présente les moindres divergences dans ses dilatations , par exemple , entre un et cent degrés. Sous ce point de vue , le thermomètre à mercure est un des meilleurs instruments qu'on puisse employer.

La dilatation de Teau , entre €éro et cent degrés , est loin de présenter cette uniformité qui caractérise la dilatation du mercure. C'est ce que démontre ce petit tableau tiré de Thompson :

OBGRÉS

VOLUM.ES