LIQUIDES

Eau distillée à 4 degrés i ,000

Alcool absolu o , 792

Acide sulfurique i > B41

Acide nitrique du commerce i >ai7

PRINCJPBS FONDAHBNTAUX. 35

Éther o»7ï5

Esprit de bois o, 798 1

Eau de la mer 1,026 1

Huile d*oIive 0,916 }

Huile de lin 0,940

Huile de navette 0,919

Lait I ,o3o

Mercure '-. 13,696

Sulfure de carbone i , 298

Vin de Bordeaux o ,994

Vin de Bourgogne 0,991

Du poids f de la densité, de la pression de F air et des gaz,

36. Poids des gaz. — Le poids des liquides et des solides est un fait facile à constater par tout le monde ; mais il n'en est pas de même de celui de Tair et des autres gaz. — A l'aide d'une pompe à deux pistons, nommée machine pneumatique, on parvient à soutirer l'air qui est contenu dans un ballon ou boule creuse de verre, qu'on bouche ensuite au moyen d'un robinet; c'est ce qu'on appelle /ii/re le vide. En pesant successivement ce ballon lorsqu'il est plein et lorsqu'il est vide, on trouve que son poids est plus grand dans le premier cas que dans le second; cet excès est le poids de l'air contenu : en remplaçant pareillement l'air par d'autres gaz ou par un fluide quelconque, on obtient le poids d'un même volume de ces fluides, ou leurs densités relatives, pour les circonstances où on les considère.

C'est ainsi qu'on trouve que le mètre cube d'air atmosphérique, pris dans son état le plus ordinaire, pèse environ i^*^3o; car le poids ou la densité de l'air varie un peu suivant les saisons, et selon qu'il est plus ou moins comprimé lui-même. SI, par exemple, on introduisait avec force, au moyen d* une pompe di\e foulante, ou d'un soufflet ordinaire, une nouvelle quantité d'air dans le ballon, il est évident que son poids augmenterait aussi bien que son ressort, c'est-à-dire sa tension ou sa pression (ii et 16) : en effet, cela reviendrait à réduire, par la compression, le volume de l'air introduit, à un volume moindre que celui qu'il occupait primitivement dans l'atmosphère.

36 MÉCANIQUE INDUSTHIBLLE.

En général, il résulte du principe de Mariotle (16), que la densité ou le poids d* un même volume de gaz, sous différentes tensions ou pressions, est exactement proportionnel à ces pressions, la température restant constante (26).

37. Pression atmosphérique. — Puisque l'air est pesant, on conçoit que l'atmosphère (4) pèse sur la terre, et la presse de tout son poids, de même que fait un liquide, renfermé dans un vase, sur le fond de ce vase. L'air pèse aussi sur lui-même, et chaque couche de niveau de l'atmosphère supporte le poids de toutes celles qui sont placées immédiatement au-dessus, et elle presse à son tour celles qui sont au-dessous. Cette pression étant tout à fait analogue à celle qu'éprouve Tair comprimé sur lui-même dans l'intérieur d'un corps de pompe fermé par un piston (15 et 16), on en peut inférer qu'elle s'exerce aussi bien sur les côiés qu'en-dessus et en-dessous : c'est là ce qu'on nomme la pression atmosphérique, pression qui diminue, comme on voit, à mesure qu'on s'élève audessus de la surface de la terre.

Voici comment on peut la constater directement au moyen de l'appareil représenté PL I,Jig. i : chassez complètement l'air contenu dans l'intérieur du corps de pompe, en poussant le piston jusqu'au fond, après avoir pratiqué à ce fond une ouverture pour laisser échapper l'air; bouchez ensuite celte ouverture hermétiquement, puis retirez le piston ; vous formerez le vide au-dessous, et la pression de l'air, qui agit à son extérieur, s'opposera au mouvement et exigera un effort qui dépendra de l'étendue de la surface pressée du piston : par exemple, pour un piston circulaire de lo centimètres de diamètre, elle serait de 8o kilogrammes au moins. Débouchez ensuite l'orifice, l'air rentrera dans le vide avec sifflement', et sa pression sous le piston détruira celle de l'air extérieur; de sorte que vous n'aurez plus à surmonter que le poids de ce piston et son frottement contre le cylindre, quand vous essayerez de l'éloigner du fond ; soustrayant donc le nouvel effort de l'effort total exercé dans le premier cas, vous aurez la pression même exercée par l'air extérieur sur la surface entière du piston, et, par suite, sur chaque unité de cette surface. On trouverait ainsi que la pression atmosphérique, au niveau de

PRINCIPJ» FONDAMENTAUX. 87

la mer, est moyennement de i^*',o333 sur chaque centimètre carré, ou de io333 kilogrammes par mètre carré, et l'on obtiendrait le même résultat de quelque façon qu'on inclinât le cylindre par rapport à l'horizon, pourvu qu'on le plaçât au même lieu. — Cette pression moyenne est celle qu'on prend ordinairement pour terme de comparaison ; afin d'abréger, on la nomme simplement atmosphère. — Ainsi Ton dit i atmosphère, a atmosphères de pression, au lieu de 1*^*^033, i^^^,oG6 de pression par centimètre carré de surface.

38. Mesure de la pression de l'air et des gaz; baromètre, — Le baromètre, instrument généralement connu de nos jours, oflre un moyen plus commode de mesurer la pression atmosphérique; il consiste {PL I, fig. 5) en un tube vertical ac, fermé par le haut, et dont l'extrémité inférieure «/, ouverte, plonge dans une cuvette ABCD contenant du mercure. La pression est indiquée par le poids de la colonne acdb de ce fluide, soutenu dans le tube, au-dessus du niveau AB de la cuvette, par la pression que l'air exerce extérieurement sur la surface de ce niveau ; mais il faut pour cela que le haut du tube non occupé par le mercure soit absolument privé d'air, ou vide, ce qu'on obtient, lors de la fabrication, en remplissant complètement le tube de mercure, par le bout ouvert placé en haut, puis te renversant après l'avoir bouché, et le débouchant ensuite quand son orifice est assez plongé dans le liquide de la cuvette pour qu'il ne puisse communiquer avec l'atmosphère; on voit alors le mercure, qui remplissait totalement ce tube, descendre à la hauteur qui répond à la pression de l'air extérieur {*).

(* ) La raison de ce principe est fondée sur ce que, aucune pression n'existant sur le haut de la colonne, et la surface du niveau AB étant pressée par l'air comme par un piston, cette dernière pression est transmise (14) intégralement par le mercure sur la surface de la section ab du tube correspondante à ce nÎTeau, section qui supporte elle-même tout le poids de la colonne ae. Si l'on ouTrait, en effet, le haut du tube, l'air, en y pénétrant, forcerait la colonne à s'abaisser jusqu'au niveau dans la cuvette, et la pression qu'occasionnait le poids de cette colonne serait remplacée par celle de l'atmosphère sur la base o^; et, comme tout reste le même quant au fluide qui est contenu dans la cuvette, il faut bien que le poids de la colonne de mercure ou la pression qu'elle exerce

38 MÉCANIQUE INDUSTBIBLLB.

Ce n'est pas le lieu d'insister sur la construction du baromètre; il nous suffit de savoir que la hauteur de la colonne de mercure, qui répond à la pression atmosphérique moyenne de i''*^o33 par centimètre carré de surface, est 76 centimètres ou 760 millimètres (28 pouces); parce qu'une telle colonne, ayant 1 centimètre carré de base, pèse réellement (35) 1*^*^033; la pression étant généralement proportionnelle à la hauteur de la colonne fluide correspondante, on la calculera aisément, dans chaque cas, d'après les indications du baromètre. Si l'on employait de l'eau au lieu de mercure, pour former le baromètre, la hauteur de la colonne liquide qui mesurerait la pression de i^**,o33, serait 10"*, 33 (environ 32 pieds anciens), parce que le poids d'une telle colonne d'eau et de i centimètre carré de base, pèse (34) effectivement io33 grammes ou i^**,o33.

39. Manomètre. — On remarquera que le baromètre peut aussi bien servir à mesurer la tension ou pression des gaz, contenus de toutes parts dans des vases, que la pression atmosphérique olle-méme; il suffit pour cela de le placer dans l'intérieur de ces vases, ou d'y placer seulement sa cuvette en ayant soin de bien boucher l'ouverture par laquelle passe le tube [PLI^fig, 6). On pourrait aussi se contenter de fermer hermétiquement le dessus de celte cuvette {fig. 7), et de mettre son intérieur A en communication avec la capacité D, qui contient le gaz, par un bout de tuyau BC, etc» Ces appareils, qu'on varie de bien des manières, se nomment en généra] manomètres.

M. Densitéy poids spécifique des gaz. — Sachant ainsi mesurer la pression des gaz, et leur température étant donnée dans chaque cas par le thermomètre, on pourra, à l'aide de la loi de Mariotte (16 et 36) et de celle de M. Gay-Lussac(26), déterminer, par un calcul facile et dont on aura des exemples

sur la surface de aB soit égale à la pression de Tatmosphëre sur cette même surface. Au surplus, on ne doit considérer tout ceci que comme un rappel des définitions ou des faits dont la connaissance est indispensable à quiconque veut lire avec fruit cet Ouvrage; et je renverrai, pour tous les développements ultérieurs, aux Traités de Physique.

PRIRGIPES FONDAMENTAUX. Sg

plus tard, leur poids et leur densité quand on connaîtra ce poids et cette densité dans des circonstances déterminées, par exemple à o degré de température, et sous la pression barométrique de 76 centimètres de mercure, qu'on prend ordinairement pour point de départ ou terme de comparaison. Tel est l'usage de la table suivante :

Table des densités et des poids spécifiques des principaux gaz, la densité de l'air étant prise pour unité {*).

Poids Poldi du mètr« caba Nont des laides. spéclOqaê. à o* et 7GU** de

pression.

kil

Air atmosphériqae i ,00000 i ,293187

Acide carbonique i , 62901 i , 9773

Oxygène i,io563 1,4^98

Azote 0,97137 1,3562

Hydrogène 0,06926 0,0896

Vapeur d'eau o,6235 o,8o63

Remarque particulière. — Les gaz se dilatant également pour les mêmes élévations de température (26), et se comprimant de quantités proportionnelles (16) pour des augmentations de pression égales, conservent les mêmes rapports de densités à toute pression et à toute température : ainsi, par exemple, la densité de Thydrogène, qui est environ les 0,069 ou ^ de celle de Tair à o degré et à 76 centimètres de pression, en sera toujours le quinzième, si Ton considère ces deux gaz a 100 degrés et sous une pression 10 fois p\fis forte, ou de 10 atmosphères (37 et 38) (**).

ki. Effets de la pression de l'air sur les corps. — On voit, par ce qui précède, que les corps plongés dans Tair atmosphérique sont pressés par lui, de toutes parts et en chacun des points de leur surface immédiatement en contact ; or, il

(*) Noos avons remplacé, dans ce tableau, les anciens chiffres donnés pour la Uensilé des gaz par ceux qui résultent des expériences de M. Regnault. (K.)

(**) 11 résulte des Notes ajoutées aux n^* 16 et 26, que les rapports des densités ne sont rigoureusement indépendants, ni des températures, ni des près- «DOS. (K.)

4o MÉG4NIQUB INDUSTRIELLE.

résulte de là plusieurs effets dont quelques-uns sont importants à connattre : 1° le corps est comprimé, refoulé sur luîmême, ce qui contribue à lui donner la forme stable ou solide qu'il doit principalement à Tadhésion, à la cohésion de ses molécules (27); s'^son volume est un peu plus faible (13) et sa densité un peu plus forte (33), que si la pression n'existait pas, ou qu'il fût placé dans un espace entièrement vide; 3*^ la pesanteur n'est pas la seule cause qui le fasse mouvoir quand il est libre, ou qui le fasse presser sur les autres corps quand il est soutenu par eux ; en un mot, son poids pourrait bien n'être pas le même dans le vide que dans l'air, etc.

Relativement aux deux premiers effets, on observera qu'ils sont très-peu sensibles pour, les corps solides et résistants, tels que les bois, les pierres, les métaux, aussi bien que pour les liquides contenus de toutes parts dans des vases, ou simplement en contact avec l'air par leur surface de niveau ; car ces corps peuvent supporter une pression qui soit le double ou le triple de la pression atm'osphérique (13), sans changer de volume d'une manière appréciable.

Quant au troisième effet, on s'assure par l'expérience et, comme nous le verrons, par les principes de la Mécanique, qu'il se réduit uniquement à diminuer le poids qu'aurait le corps dans le vide, de tout celui du volume d'air que ce corps remplace ou déplace (*); diminution à peine appréciable

C^) Nous pouvons, dès à présent, faire sentir la vérité de ce fait par un raisonnement fort simple, et qui s'applique à un corps plongé dans un fluide quelconque, par exemple dans Teau. D'abord, puisque la pression du fluide diminue k mesure qu^on s'élève dans son intérieur (37), et qu'elle est la même pour tous les points d'une même couche de niveau, on conçoit que le corps doit être plus pressé par le bas que par le haut, et qu'il l'est à peu près égaîlement par les côtés ; mais c'est ce qu'on aperçoit plus rigoureusement en observant : i^ que le corps tient la place d'une certaine masse de fluide, qui, étant terminée au même contour, à la même surface extérieure, serait, si elle existait, pressée de toutes parts par le fluide environnant, précisément comme l'est ce corps; a** que cette masse faisant partie intégrante de la masse totale du fluide, serait en repos malgré ces pressions et l'action de la pesanteur sur ses parties; 3^ que, par conséquent, l'eflet de ces pressions extérieures se réduit à soutenir son poids; 4° qu'enfin ces pressions étant les mêmes pour le corps, ont aussi uniquement pour effet de diminuer le poids qu'il aurait dans le vieU du poids du volume de fluide qu*il déplace^ ou de le pousser verticalement, de bas en haut, avec un cflbrt égal à ce dernier poids.

pour les liquides et les solides^ dont la densité (35) surpasse généraleofient 5oo fois celle de Tair atmosphérique, mais qui Test à coup sur beaucoup pour les fluides élastiques dont le poids, sous l'unité de volume apparent, est très-comparable ou même moindre (40) que celui de cet air. Il en résulie, en efTety que certains gaz ou des corps creux remplis de ces gaz, au lieu de tomber ou de peser, s'élèvent ou font effort pour s'élever; tout comme cela a lieu pour les corps plongés dans l'eau, lorsque leur densité est moindre que celle de cette eau, et comme on en a un exemple immédiat dans les aérostats ou ballons en taffetas vernis, qui, enflés par le gaz hydrogène, s'élèvent jusque dans les nues, en vertu de la pression de l'air extérieur sur leur enveloppe (*).

Nous devons d'ailleurs faire remarquer que les poids et les densités des liquides, des gaz et des corps solides, qui se trouvent indiqués dans les Tables (35 et 40), sont les densités et les poids absolus tels qu'on les obtiendrait en pesant ces corps dans le vide ; ce qui résulte de la méthode même par laquelle on les a obtenus, méthode exposée dans tous les Traités de Physique.

42. Conclusion et réflexions générales. — Telles sont les circonstances essentielles où il faudra avoir égard aux effets de la pression de l'air sur les corps ; pour toutes les autres, nous pourrons supposer que les choses se passent dans Tair comme dans le vide, ou comme si l'air n'existait pas. Nous en dirons autant des effets dus aux tractions ou pressions quelconques, à la chaleur, à l'humidité, etc., lorsqu'ils se réduiront à changer la forme, le volume ou la densité des corps, d'une manière peu sensible ou qui aurait peu d'influence sur les résultats pratiques; mais nous n'oublierons pas de tenir compte de ces effets et d'en apprécier la valeur quand cela sera nécessaire : nous le pourrons d'après les documents qui précèdent, et les documents plus étendus et plus précis, que nous aurons soin de recueillir en traitant chaque question spéciale. Enfin, non-seulement il nous arrivera quel-

(*) Voyex^ à ce tu jet, Varticle qui concerne le mouvement dei corps dans imr (deuxième Partie).

4^ MÉCANIQUE INDUSTBIBLLE.

quefois de ne pas tenir compte de certaines propriétés physiques des corps peu innuenles ; mais nous pourrons même, par instants, supposer ces corps dépouillés tout à fait de leur poids ou de telle autre qualité essentielle de la matière» afin d'isoler et d'étudier séparément les effets dus à chacune d'elles, et d'être d'autant mieux en état d'en apprécier ensuite ou d'en calculer les effets combinés.

Au surplus, nous n'avons point encore fait l'énumération complète des propriétés physiques de la matière, ni des modifications qu'elles peuvent subir dans différentes circonstances et par différentes causes. Nous n'avons rien dit, par exemple, de Yinertie des corps, ni de la résistance qu'ils éprouvent à se mouvoir dans les fluides, à glisser, i rouler, à se plier sur d'autres corps, ou à s'en séparer dans certains cas, résistances qu'on nomme raideur, frottement , adhérence, et qu'il importe surtout de considérer dans le calcul des machines. Mais l'étude de ces effets reviepdra plus tard : il nous suffit pour le moment de les avoir indiqués, afin qu'on ne soit pas tenté de faire de fausses applications des principes de la Mécanique aux arts industriels; et c'est là aussi, en partie, le but que nous avons cherché à remplir dans ce qui précède.