PHYSIQUES DES CORPS

États principaux des corps.

1. Les corps se présentent sous trois états principaux qui en comprennent une foule d'autres intermédiaires.

Corps à Vétat solide, ou solides. — Tels sont les pierres.

10 HfiCANlQUB INDUSTRIELLE.

les bois, les métaux en général, qui résistent plus ou moins à la pression.

Cet étal ne présente rien d'absolu : certains corps solides sont durs, cassants, fragiles, tels que le verre, l'acier trempé, le marbre, etc.; d'autres sonl mous, ductiles, tels que le beurre, Targile ou terre glaise, le plomb, l'or, le cuivre, le fer (principalement à chaud). On dit aussi des métaux ductiles qu'ils sont malléables.

La ductilité ou la malléabilité de certains métaux est de la plus haute importance pour les arts industriels; elle réside essentiellement dans la qualité qu'ont ces corps de pouvoir changer de forme d'une infmité de manières sans se rompre ni se diviser. Nous verrons bientôt des exemples de la grande ductilité de l'argent, de l'or et du platine.

2. Corps à Vétat liquide, ou liquides, — Tels sont l'eau, le vin, les liqueurs en général, le métal appelé mercure ou vifargent, etc., lesquels se distinguent des corps solides par l'extrême mobilité de leurs parties. Cette mobilité s'observe à divers degrés dans les liquides : elle est très-grande dans les élhers, l'alcool ou l'espril-de-vin rectifié; elle l'est moins dans l'eau et le vin; elle l'est encore moins dans l'huile, les sirops, les graisses et les métaux fondus qui coulent difficilement, qui filent en tombant dans l'air au lieu de se diviser comme l'eau. On distingue cet état particulier des liquides en disant qu'ils sont visqueux, ou qu'ils ont de la viscosité. Enfin un liquide peut se trouver dans un état très-voisin de celui des corps solides très-mous, c'est-à-dire des bouillies, des pâtes, en général, ou des corps pâteux.

3. Corps à l'état gazeux, nommés gaz et vapeurs. — Cette classe comprend Vair qui nous environne de toutes parts, dans lequel nous vivons, et tous les corps analogues qu'on nomme, pour cette raison, aériformes : corps qu'il ne faut pas confondre avec les vapeurs condensées ou brouillards, ceux-ci étant simplement formés de bulles, de gouttelettes de liquide très-petites et suspendues dans l'air.

On nomme spécialement vapeurs, les gaz qu'on obtient des liquides lorsqu'on les chauffe dans des vases clos de toutes parts; elles sont presque toutes invisibles comme l'air : telle

est, par exemple, la vapeur d'eau qui se forme dansTinlérieur des chaudières des machines à feu.

Uoxy^gène ou air vital, qui enlreiieni esseniiellemenl la combustion des corps et la respiration des animaux; Vazole, dont le mélange avec Toxygène conslilue Tair ordinaire, et sert à modérer les effets de* celui-là, mais qui, employé seul, ne peut entretenir ni la combustion ni la respiraiion; Y hydrogène on air inflammable, qui, à l'aide d'une certaine chaleur, se combine avec l'oxygène de l'air et produit la flamme qui éclaire nos habitations; Vacide carbonique, résultant de la combustion du charbon pur (carbone) ou de l'union de ce dernier avec l'oxygène, et dont la présence se fait sentir dans les chambres closes où brûle du charbon, dans les lieux où fermentent les raisins, le vin, etc.; tous ces corps, dis-je, sont autant de gaz.

L'existence, la matérialité de l'air, des gaz et des vapeurs/ est prouvée par toutes sortes de faits : enfermés dans des enveloppes flexibles et imperméables, ou qui ne se laissent pas traverser, par exemple dans une vessie, ils résistent à la pression comme les corps solides ordinaires. — Un verre renversé étant plongé dans l'eau, l'air qu'il contient ne cède point sa place au liquide; mais celui-ci remonte et remplit le verre dès l'instant où l'on pratique à sa partie supérieure une ouverture qui permette à l'air de s'échapper. Les vents, les ouragans, qui ne sont que de l'air en mouvement, renversent des arbres et des maisons comme le feraient des torrents d'eau; l'air d'ailleurs s'oppose, aussi bien que cette dernière, au mouvement des corps solides, el c'est ce qu'on nomme sa résistance. Enfin on sait encore que le vent est employé comme moteur des machines de l'industrie, et qu'il en est de même de la vapeur d'eau, quoique dans des circonstances bien différentes.

4. atmosphère. — Nous avons Insisté principalement sur l'air, parce que c'est le gaz le plus universellement répandu sur notre globe, qu'il l'enveloppe tout entier bien au delà des plus hautes montagnes; que tous les corps y sont plongés, et qu'il joue un rôle essentiel 3ans tous les phénomènes naturels et dans ceux de la Mécanique industrielle. Remarquez

d'ailleurs que celle masse d'air immense dans laquelle nous vivons el sommes plongés se nomme atmosphère; ce qui a fait donnera l'air lui-même le nom 6^* air atmosphérique ^ pour le dislinguer desaulres gaz qu'on nomme quelquefois aussi des airs.

5. Fluidité y changement d'état des corps, — Les liquides, les gaz el les vapeurs se nommeni en général des Jluides, du mol lalin Jluere^ qui signifie couler. Les liquides, comme nous l'avons dii, sonl plus ou moins fluides, ils ne possèdenl pas lous au même degré \2i fluidité.

Un grand nombre de corps connus peuvenl, au moyen de la chaleur el sans subir aucune alléralion intime ou inlérieure, prendre successivemeni l'élal solide, liquide el gazeux : lelle esl l'eau qui esl solide à l'élal de glace el de nejge, liquide dans son élalle plus ordinaire, gazeuse ou à l'élal de vapeur quand on la chauffe dans des vases clos. A l'inverse, les vapeurs el cerlains gaz, lels que l'acide carbonique, sonl susceplibles de repasser à l'élal liquide el solide par le refroidissemeni ou la compression. On nomme fusion^ liquéfaction (*), le passage de l'élal solide à l'élal liquide; vaporisationy volatilisation, le passage de Tétai solide ou liquide à l'élal de vapeur; enfin condensation^ le retour de ce dernier élal aux précédents, el solidification, congélation, celui de l'élal liquide à l'étal solide. Certains corps né sonl susceplibles que de prendre deux de ces trois étals, du moins par les moyens jusqu'ici connus; il en esl d'autres qui ne se présenienl conslammeni que sous un seul de ces étals : lels sonl les corps dits infusibles ou réfrac taires, el les gaz nommés permanents, au nombre desquels on doit compter l'air; mais la classe de ces corps diminue lous les jours, à mesure que nos progrès en Physique augmenienl.

Divisibilité des corps.

6. Fluides. — La divisibilité des corps esl de loule évidence pour les liquides et les gaz; on conçoit même que la division

(*) Aujourd'hui, le mot liquéfaction est employé plus spécialement pour désigner le passage de l'état gazeux à l'état liquide. (K. )

PRINCIPES FONDAMENTAUX. l3

OU la séparation des parties pourrait y être poussée à un degré extrême; et, comme tous les corps solides peuvent être amenés à l'étal de fluides au moyen des agents physiques et chimiques, c'est-à-dire en les dissolvant, en les chauffant, en les attaquant avec les acides, etc., on conçoit que la divisibilité est une propriété générale de la matière. Mais il n'est pas inutile de faire connaître les moyens particuliers mis en usage pour opérer et apprécier mécaniquement, même dans les corps solides, cette extrême divisibilité de la matière, d'autant plus que ces moyens constituent l'objet principal d'un grand nombre d'arts industriels.

7. Solides. — On divise les pierres, les bois, les métaux, etc., par le choc ou par le frottement, à l'aide de marteaux, de pilons, meules ou molettes, coins, ciseaux, scies, râpes, limes, rabots, etc.

On sépare les parties les plus fines des plus grossières, avec les tamis et les blutoirs; on atteint encore mieux le but en employant la décantation^ la ventilation^ ou, dans certains cas, la sublimation,

La décantation consiste à verser l'eau dans les matières déjà pulvérisées, à les agiter, à laisser reposer le mélange pendant un temps plus ou moins long, selon l'état de division qu'on veut obtenir, puis à transvaser l'eau pour la laisser déposer de nouveau, et ainsi de suite. Il est des parties tellement fines des corps les plus lourds, qu'elles emploient plusieurs jours à se précipiter. La décantation exige, comme on voit, que la matière ne puisse se fondre ou se dissoudre dans l'eau, et que, par son poids, elle puisse s'en précipiter.

La ventilation remplit le même but. L'air mis en mouvement par un soufflet, van ou ventilateur, entraîne les parties d'autant plus loin qu'elles sont plus fines. C'est ainsi qu'on divise quelquefois le charbon et le soufre dans les poudreries, et que, dans nos campagnes, on sépare les graines de blé de leur enveloppe.

La sublimation consiste à vaporiser les corps au moyen de la chaleur, dans des vases fermés, et à condenser les vapeurs par le refroidissement. C'est ainsi qu'on prépare la Jleur de soufre, le mercure ou vif-argent, etc.

l4 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

8. Extrême divisibilité des corps. — Ces opérations donnent déjà une idée de ia grande divisibilité de la matière; en voici encore plusieurs exemples. — Quand on observe le cône lumineux produit par les rayons du soleil, qui traversent une petite ouverture pratiquée dans une chambre obscure où Ton a agité des poussières très-fines, on aperçoit une infinité de corpuscules ou grains de matière en mouvement, invisibles de toute autre manière, et qu'on ne peut palper ou sentir au simple toucher. — 5 centigrammes ou un grain de carmin dissous dans i5 kilogrammes d'eau colorent en rouge toute cette masse, et le nombre total des parties colorantes visibles, en en supposant deux seulement par centigramme d*cau, est de trois millions.

Un fil de platine recouvert d'argent, étiré à la filière, et remis ensuite à nu en dissolvant l'argent dans l'eau-forte, peut être amené à un tel degré de finesse, que son diamètre est seulement le jytï ^'"" millimètre, et que looo mètres ne pèsent que o'^oSS : il faudrait i4o de ces fils pour former un faisceau de la grosseur d'un seul brin de soie. Or, looo mètres contenant un million de millimètres, et chaque millimètre pouvant sans difficulté être partagé en cinq parties, au moins, cela fait plus de cinq millions de parties visibles dans ok%o55 de platine, ou dans 2 millimètres cubes environ.

Ce dernier exemple prouve en même temps la grande ductilité du platine et sa ténacité. L'or et l'argent ne sont guère moins ductiles. Un calcul analogue à celui qui précède démontre, par exemple, que l'or qui recouvre le fil doré du brodeur est réduit en lames qui ont au plus j-rirr ^c millimètre d'épaisseur; d'où il serait facile de conclure aussi l'extrême divisibilité de l'or.

La nature nous offre des exemples de corps organisés où la ténuité et la division de la matière sont poussées plus loin encore : tels sont les animaux infusoires qu'on aperçoit seulement au microscope dans certains liquides, et qui paraissent constitués dans toutes leurs parties d'une manière analogue aux autres animaux et doués des mêmes qualités physiques, quoique plusieurs milliers puissent tenir sur la pointe d'une aiguille.

L'imagination et le raisonnement peuvent aller au delà

PRINCIPES FONDAMENTAUX. l5

encore, mais s*ensuil-il que les parties des corps soient divisibles indéfiniment? Les phénomènes de la Chimie semblent prouver le contraire.

Dans la multitude presque infinie des combinaisons et des transformations possibles des corps, la matière sort intacte et avec toutes ses qualités primitives quand on Ta isolée convenablement. S'il n'en était pas ainsi, tout finirait par changer de nature et d'aspect sur notre globe, tout s'y anéantirait sans retour, et les lois immuables qu'on y observe depuis tant de siècles, cesseraient bientôt d'y régner. Les dernières parties des corps sont non-seulement indestructibles, mais inaltérables, indivisibles par aucun des moyens puissants que la Chimie et la nature même mettent en œuvre.

L'ensemble de tous ces phénomènes si dignes de l'intérêt des savants et des philosophes permet, en outre, d'admettre que les dernières parties de la matière ont une forme définie, limitée, invariable, et par conséquent une solidité, une dureté absolue.

9. Atomes, molécules , particules; impénétrabilité de la matière, — C'est aux dernières parties des corps dont il vient d'être parlé que, dès la plus haute antiquité, on a appliqué répithète à! atomes; on nomme plus spécialement, en Chimie et en Physique, molécules simples y primitives ou élémentairesy les groupes d'atomes qui, unis dans un certain ordre et suivant certaines lois de symétrie, constituent les différents corps de la nature, et jouissent de qualités essentielles souvent très-distinctes de celles des atomes qui les composent.

La dénomination de particules est spécialement réservée aux poussières, aux débris et fragments quelconques des corps qui, bien qu'excessivement petits, sont eux-mêmes constitués d'une multitude de molécules; c'est à leur classe qu'appartiennent véritablement les molécules de formes arbitraires admises par les géomètres dans les raisonnements fondés sur l'hypothèse de la continuité de la matière, de sa divisibilité à l'infini. Enfin, c'est proprement dans l'existence des atomes que consiste ce qu'on nomme, en Physique, Vimpénétrabilité, propriété générale de la matière, en vertu de laquelle des corps tels que les gaz et les liquides peuvent

l6 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

bien se mélanger, s'interposer mécaniquement et occuper même un volume moindre que la somme des volumes primitifs, sans que leurs derniers atomes se pénètrent, se confondent ou puissent coexister dans la même étendue.

Porosité des corps,

10. Pores, volume réel, volume apparent. — On nomme en général /?ore5 les intervalles compris entre les atomes, les molécules, les particules et les divers groupes de particules qui composent les corps. Les premiers sont tout à fait imperceptibles; quant aux derniers, on peut dans bien des cas s'assurer de leur existence. — L'éponge offre l'exemple de pores de diverses grandeurs.

L'espace occupé par la matière propre d'un corps est ce qu'on nomme son volume réel.

L'espace limité par l'enveloppe extérieure d'un corps est son volume apparent.

La différence du volume apparent au volume réel est le volume des pores. Ainsi, plus le volume apparent diminue, plus il se rapproche du volume réel : c'est ce qui a lieu, par exemple, dans l'éponge, qu'on peut comprimer jusqu'à un dixième, un vingtième de son voluaie primitif.

11. Tissus, corps organiques. — La porosité est manifeste dans une inQnité de corps qui se laissent pénétrer par les fluides : tous les tissus, les étoffes, les cuirs, les bois sont dans ce cas, et c'est sur cette propriété qu'est fondé l'emploi des filtres. — Les bois augmentent de poids et gonflent par l'humidité, ils se retirent sur eux-mêmes et diminuent de poids par la sécheresse, ainsi qu'on le voit dans les planchers, portes et lambris de nos habitations; c'est pour éviter ces effets, autant que pour préserver les bois de la destruction, qu'on les recouvre de vernis ou de goudrons. — En insérant des coins de bois bien sec, dans une rainure pratiquée autour des blocs de pierre à extraire des carrières, pour en former les meules de moulins, et en les humectant ensuite, ils produisent par leur gonflement des efforts qui sufflsent pour détacher ces blocs des massifs qui les renferment. C'est par de

PRINCIPES FONDAMENTAUX. fj

tels moyens que les Egyptiens ont extrait de leurs carrières les immenses blocs granitiques dont ils ont composé les obélisques el les colonnes de leurs gigantesques édifices. Lorsque Ton imprègne d*eau des cordes parfaitement sèches, elles augmentent également en diamètre et diminuent en longueur; de là un moyen non moins puissant, employé, dit-on, par les anciens pour soulever d'énormes fardeaux.

Pierres, — Certaines pierres, telles que le grès ou pierre de sable, servent de filtres comme les tissus; toutes augmentent de poids quand on les expose à l'humidité; sorties fraîchement des carrières, elles sont humides : ce qui rend possible la taille même des plus dures, ainsi qu'il arrive notamment pour la pierre à fusil.

Métaux, — Les métaux eux-mêmes se laissent pénétrer par les fluides : c'est ce que prouve l'expérience qui a été faite à Florence, par les Académiciens de la Crusca^ sur une boule d'or(*), mince, remplie d'eau, et qui, soumise à une forte pression, laissait suinter le liquide par tous ses pores : expérience répétée depuis pour d'autres métaux, mais qui avait primitivement pour objet de vérifier la prétendue incompressibilité des liquides.

12. Preuve générale de la porosité. — Tous les corps ne se comportent pas comme les précédents : le verre, en pariicuiler, parait être absolument imperméable aux liquides et aux gaz, et c'est ce qui le rend précieux dans une foule de circonstances; mais il ne s'agit là que de la porosité grossière relative aux particules; celle qui existe entre les atomes et les molécules se démontre d'une manière générale par la diminution de volume qu'éprouvent tous les corps, quand on les soumet à la compression ou au refroidissement.

(*) M. TyndaU fait remarquer que Leibnitz, en mentionnant l'expérience de Florence, dit que la sphère était en or, tandis que le compte rendu publié par l'Académie det Cimento dit expressément pourquoi on a préféré Targent, soit à l'or, soit au plomb. Une expérience analogue avait été faite, avec une boule en or, environ cinquante ans auparavant, par Bacon, dans le but de déterminer la compressihilité de l'eau; elle est décrite dans le Novum organum publié eo i6iO. (K.)

l8 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

De la compressibilité des corps.

13. Définition. — La compressibilité des corps esl la propriété qu'ils ont tous d'être réduits^ quand on les comprinne, à un moindre volume apparent.

Tissus. — Les tissus naturels et ceux des arts, tels que réponge, le cuir, les bois, les étoffes, qui sont très-poreux, sont aussi les plus compressibles des corps solides; cette propriété permet d'en extraire les liquides qu'ils contiennent. Les étoffes mouillées, le papier sorti fraîchement de la cuve de fabrication, la betterave réduite en pulpes, abandonnent, sous l'action de la presse, les liquides renfermés dans leurs pores.

Pierres. — On sait que les pierres empilées dans les colonnes et les murailles de nos édifices, s'affaissent, se tassent ou se compriment et s'écrasent même sous une charge considérable; c'est ce que prouve en particulier l'accident survenu aux piliers qui supportent la coupole du Panthéon ou église Sainte-Geneviève à Paris.

Métaux. — Quand on les frappe à coups de marteau, de mouton ou de balancier, ils s*écrouissent, ils deviennent plus compactes, leur volume esl réduit : c'est ce qui arrive en particulier dans le battage des monnaies.

14-. Liquides. — Ils sont en général beaucoup moins compressibles que les corps solides. — L'eau renfermée dans un canon de bronze de 3 pouces d'épaisseur (8 cent.), et comprimée fortement au moyen d'un piston, fait éclater la pièce avant que son volume ait diminué de —. Cette diminution de volume esl seulement de i,,Vo>o pour chaque augmentation de pression de i*'",o33 par centimètre carré de la surface de la base du piston, et il faut une pression environ i ooo fois aussi forte pour que la pièce éclate (*).

(*) Nous verrons plus loin comment la pression peut se mesurer à l'aide des poids; il ne s'agit ici que d'énoncer des faits, des données de l'expérience.

PRINCIPES FONDAHENTAUXv I9

Principe de l'égalité de pression des fluides. — Un principe irès-imporianl, découvert par Pascal» est celui dé la reparution uniforme ou de Végalité de la pression exercée par les liquides en tous les sens, dans leur intérieur ou perpen^ diculairement aux parois des vases qui les contiennent, quand on les connprime en quelqu'un des points de ces parois. Cest ainsi que, dans l'expérience ci-dessus*, la pression du liquide sur chaque centimètre carré de la base du piston se distribue également sur chaque centimètre carré de la surface du fond et des parois cylindriques de la pièce. Ce principe, qui sert de fondement à la construction des presses hydrauliques, s'étend d'ailleurs aux fluides aériformes dont il va être question. II se démontre en pratiquant une ouverture dans une partie quelconque des parois, et la remplissant par un nouveau piston: ce dernier est refoulé avec un effort qui est à celui de l'autre piston dans le rapport de sa surface en contact avec le liquide à celle de la surface pareille du premier piston.

Par exemple, si la surface de l'un des pistons est de 5 centimètres carrés, et la pression qu'il supporte de 66 kilogrammes, tandis que la surface de base de l'autre piston est de 125 centimètres carrés, la pression exercée perpendiculairement à cette dernière sera de i25 XV^=: i65o kilogrammes.

13. Gaz. — Ils sont les plus compressibles de tous les corps. — Quand on refoule de l'air au moyen d'un piston dans un tube cylindrique fermé par un ho\M[PL ly fig> i), il peut être réduit, par le seul effort de la main, au dixième, au vingtième de son volume primitif: ce volume diminue même à mesure qu'on augmente de plus en plus l'effort ou la près sion; mais il ne peut se réduire à rien en aucune manière, attendu Tinaltérabilité, V impénétrabilité des atomes de l'air ou des gaz; il y a donc une limite nécessaire à la compression. Quand on diminue ou qu'on cesse tout à fait la pression, le piston, poussé par le fluide, revient de lui-même vers sa position primitive; et si le tube étant prolongé convenablement au-dessus du piston, on éloigne ce dernier progressivement du fond, l'air se répand ou s'étend au-dessous, en occupant un espace de plus en plus considérable, sans qu'il paraisse y

avoir de limite à cette augmentation de volume, qu'on appelle expansion des gaz; parce qu'en effet ils tendent continuellement à se répandre en tous les sens, et à presser égale-^ ment (14) les parois des vases qui les renferment.

16. Loi de la compression des gaz, — Supposons qvie, dans Texemple ci-dessus, la pression exercée par Tair sous le piston et par centimètre carré de sa surface, soit de i kilogramme quand cet air occupe un certain volume; si ce volume est réduit à moitié par le refoulement du piston, la pression de l'air intérieur sera double ou de 2 kilogrammes, elle sera triple ou de 3 kilogrammes si le volume est réduit au tiers, etc. Si ensuite on ramène par degrés le piston vers sa position primitive, la pression de l'air diminuera dans le même rapport que le volume augmentera, et reprendra précisément les mêmes valeurs pour les mêmes positions du piston : cette pression, qu'on nomme aussi tension, se répartissant également dans tous les sens, ou étant la même pour chaque centimètre carré de surface pressée (14.), on peut dire que les volumes occupés successivement par une même quantité d'air sont réciproquement proportionnels à sa force de pression ou de ressort.

Cette loi, découverte par Mariotte, s'étend à tous les gaz et même aux vapeurs, pourvu que le fluide ne tende pas à changer d'état, ou a se liquéfier par la compression (5), et que la quantité en reste toujours la même (*). Celte loi a été vérifiée par MM. Dulong et Ârago pour des pressions équivalentes à 27 atmosphères.

Élasticité des corps,

17. Définition. — L'élasticité est la propriété qu'ont les corps de reprendre leur forme primitive quand une cause quelconque les en a fait changer: c'est en cela que consiste proprement la qualité de ce qu'on nomme ressort, — Les

(*) 11 résulte des expériences de M. Regnault qu'aucun p.az ne suit exactement la loi de Mariotte, mais Técart est généralement très-faible pour ceux qu'on n'est pas encore parrenti à liquéfier. K. )

PRINCIPES FONDAMENTAUX. ai

ressorts sont d*une grande utilité dans les arts; ils servent à suspendre les voitures, à faire mouvoir les montres et pendules, à diminuer les effets nuisibles des chocs, etc. : c'est par leur élasticité, leur ressort que le foin, les découpures de papier, prémunissent les marchandises emballées contre l'effet des secousses.

On distingue, d'après Ampère, l'élasticité de forme ei l'élasticité de volume, — Le ressort d'acier qui plie, qui change de forme sans changer sensiblement de volume, est un exemple de la première; la deuxième est manifeste dans l'air, dont le volume apparent diminue par la compression, et redevient exactement ce qu'il était dès qu'elle cesse. Cette distinction est du reste plutôt apparente que réelle.

L'élasticité des corps esi parfaite lorsque, dans leur retour vers la forme primitive, ils conservent la même énergie, la même force de ressort pour les mêmes positions.

18. Fluides. — L'élasticité de volume des liquides est parfaite. — L'eau, qui se divise et se déplace si facilement quand elle est libre, n'a point sensiblement d'élasticité de forme; si on la fait diminuer de volume dans un espace clos et suffisamment résistant, et qu'ensuite on Tabandonne à elle-même, elle reprend exactement son volume primitif, en repassant par les mêmes états de tension : elle jouit donc à un très-haut degré de l'élasticité de volume.

L'air, les gaz en général et même les vapeurs (16) sont parfaitement élastiques entre les limites de tension pour lesquelles ils ne sont pas susceptibles de changer d'état : c'est ce qui les avait fait nommer autrefois y7ttit/^5 élastiques, quaixid on Ignorait la compressibilité et l'élasticité de volume des liquides proprement dits.

19. Solides^ oscillations, vibrations, — Les corps solides se comportent d'une manière un peu différente : pour tous, il y a une durée et une limite de compression au delà desquelles ils restent plus ou moins déformés : le meilleur ressort d'acier se brise quand on 4e plie au delà d'un certain terme. — Physiquement parlant, les corps sont d'autant plus élastiques qu'ils peuvent revenir d'une déformation plus grande : sous

ce point de vue, une lame d'acier serait plus élastique qu'une lame de plomb; cependant, pour une flexion, une pression faibles et peu prolongées, la lame de plomb reprend exactement sa figure primitive, en repassant par les mêmes degrés de tension; et, dans ce sens, on pourrait dire qu'elle est parfaitement élastique. Il en est de même de toutes les substances solides: leur élasticité de forme ou de volume n'est donc en réalité qu'une propriété relative.

Quand les corps solides ont la forme de cubes ou de sphères, leur élasticité, moins apparente que quand ils sont en lames, n'en existe pas moins. — Une boule d'ivoire, enduite d'huile, et tombant d'une certaine hauteur sur une table de marbre ou de fonte, y laisse une tache plus ou moins large qui prouve qu'elle s'est aplatie ; elle rejaillit ensuite en s'élevant plus ou moins haut par l'effet du débandement de son ressort. — Une boule d'ivoire est plus élastique qu'une boule de plomb, parce qu'elle rejaillit à une plus grande hauteur et qu'elle reprend sa première forme, ce que ne fait pas celte dernière. — Une bande d'acier circulaire, comprimée dans un sens et abandonnée ensuite à elle-même, s'élargit bientôt en sens contraire, et fait une suite d'oscillations autour de sa forme primitive. 11 en est de même de la bille d'ivoire et de tous les corps élastiques qui ont été choqués ou dérangés de leur position naturelle, et abandonnés ensuite à eux-mêmes ; ils font une suite d'oscillations de plus en plus faibles, atant de revenir à cette position.

Lorsque les oscillations deviennent tellement rapides, qu'on ne peut plus les discerner d'une manière distincte, et qu'elles se convertissent en une sorte de frémissement, on les nomme vibrations : ce sont ces vibrations qui, transmises d'abord à l'air, puis par l'air à nos oreilles, y produisent la sensation des différents sons. La propriété qu'ont les corps solides, liquides ou gazeux de transmiettre les vibrations sonores, ou de résonner, est un autre moyen de démontrer leur élasticité et par suite leur compressibilité.

20. Limite d'élasticité des solides, — Les corps solides étant susceptibles de perdre en partie leur élasticité, et cette perte ne pouvant provenir que d'un dérangement, d'une alté-

PRINCIPES FONDAMENTAUX. a3

ration moléculaires» il importe, dans les arts, de ne point les soumettre à des efforts de traction ou de pression qui dépassent certaines limites.

Par exemple, Texpérience apprend que, sous un effort surpassant 6 à 8 kilogrammes par millimètre carré de section transversale, une barre de fer, tirée dans le sens de sa longueur, commence à perdre son élasticité, et qu'elle se sépare ou se rompt sous une pression de 35 à 4o kilogrammes. 11 en est de même de tous les corps; ils perdent leur élasticité sous un effort bien moindre que celui qui occasionne leur rupture : le fer, la fonte de fer, les bois de chêne et de sapin, qui se rompent seulement sous des tractions de 35, de i3, de g kilogrammes environ par millimètre carré de leur section transversale, commencent à perdre de leur élasticité sous dps efforts de 6, de 3, de 2 kilogrammes environ. Ainsi, un barreau de fer de i centimètre ou de 10 millimètres de côté, ayant par conséquent 100 millimètres carrés de section, pourra perdre de son élasticité si on le tire avec un effort longitudinal qui excède 600 kilogrammes, quoiqu'il ne se rompe réellement que sous une traction 5 à 6 fois plus grande. En deçà des limites dont il s'agit, l'élasticité restant parfaite (17), les allongements sont proportionnels aux efforts de traction.

Dilatabilité des corps.

21. La dilatabilité est la propriété qu'ont les corps d'augmenter de volume ou de se rfi7a/er quand on les chauffe, d'en diminuer ou de se contracter quand ou les refroidit, de reprendre leur volume primitif quand on les ramène au même degré de chaleur.

Gaz. — Ils sont de tous les corps ceux qui se dilatent le plus par la chaleur. On prouve la dilatabilité de l'air au moyen du thermoscope de Rumfort, qui consiste {PL I^Jig* 2) dans deux boules de verre, closes, remplies de ce fluide et communiquant entre elles par un tube horizontal dont le milieu est occupé par une goutte d'esprit-de-vin coloré. La chaleur de la main sufiit pour dilater l'air de la boule dont on l'approche, ce qui refoule la bulle d'esprit-de-vin dans l'autre

houle. En éloignant la main, le volume de Tair diminue, et la bulle revient à sa place primitive.

22. Liquides^ thermomèires. — L'eau et les liquides en général sont aussi dilatables par la chaleur; c'est ce que démontre le thermomètre, instrument connu de tout le monde, et qui consiste (PL lyjig. 3) en un tube de verre, terminé vers le bas par une boule, fermé par le haut et rempli en partie d'un liquide qui est ordinairement du mercure, parce que ce métpl jouit de plusieurs qualités essentielles que n'ont pas les autres liquides. Le verre étant très-peu dilatable et les liquides l'étant beaucoup, on conçoit que la moindre chaleur doit faire monter le niveau supérieur de ces derniers le long du tube, comme le moindre refroidissement doit le faire descendre. — On gradue Y échelle du thermomètre en observant successivement la hauteur du liquide quand on plonge l'instrument dans l'eau bouillante et dans la glace fondante, deux degrés de chaleur qui sont constants et faciles à reproduire : l'espace compris entre ces deux positions du liquide est ordinairement divisé en loo parties égales, dont chacune indique les rfèg^r^5 intermédiaires de la chaleur; c'est pourquoi on nomme ces thermomètres thermomètres centigrades. Certains thermomètres sont divisés seulement en 8o parties égales, ce sont ceux dits de Réaumur; dans les uns et dans les autres, la division est prolongée au-dessous du point qui répond à la chaleur de la glace fondante et qu'on nomme le zéro de l'échelle ; cette division représente les degrés de froid dans le langage ordinaire, et l'on nomme température d'un corps le nombre des degrés du thermomètre qui répondent à sa chaleur.

23. Solides, pyromètres, — Les corps solides se dilatent beaucoup moins que les liquides et les gaz; leur dilatation est cependant rendue sensible lorsqu'on donne une grandeur suffisante à l'une de ces dimensions. — Une barre de métal, ajustée d'abord entre deux talons (PL lyjig* 4)> >^*y PG"^ P^^s entrer quand on l'a échauffée à un certain degré. — On construit sur ce principe des instruments qui servent à mesurer la chaleur de nos foyers les plus ardents, de même que les thermomètres servent à mesurer les températures ordinaires : on les nomme pyromètres.

24. Notions sur le c (ilo tique ("), — Dans ces phénomènes, le calorique ou la chaleur se comporte, à l'égard des corps, absolument comme les liquides qui, en se logeant dans leurs interstices ou pores, les font gonfler(ll). — En comprimant ou diminuant le volume des corps par un moyen mécanique quelconque, on en fait sortir une certaine quantité de chaleur qui devient très-sensible quand la compression a été sufGsamment brusque et forte- — C'est ainsi qu'en frappant ou frottant violemment le fer, on finit par l'échauffer, et qu'en comprimant rapidement l'air dans un briquet pneumatique, il s'en dégage assez de chaleur pour enflammer l'amadou. — Lorsque la compression se fait lentement, la chaleur ou le calorique s'écoule, se dégage d'une manière insensible. — Réciproquement, on observe que, quand un corps augmente de volume par une cause quelconque, il se refroidit, il enlève de la chaleur aux corps environnants : ainsi, dans l'expérience rapportée n** 15, l'air se refroidit ou baisse de température quand on soulève le piston, et il refroidit aussi le tube qui le renferme.

25. Applications de la dilatabilité aux arts, — La propriété qu'ont en particulier les métaux de changer de volume par la chaleur et par la traction ou la compression, a été mise à profit dans les arts. — C'est ainsi que M. Moiard est parvenu, au moyen de tirants en fer alternativement chauffés, puis refroidis et bandés chaque fois au moyen d'un écrou, à rapprocher et à remettre dans leur aplomb les murs du Conservatoire des Arts et Métiers de Paris; c'est encore ainsi que l'on a consolidé la coupole de Saint-Pierre de Rome, par un cercle de fer; qu'on unit entre elles les jantes des roues de voiture, et qu'on frette une foule de corps, en les enveloppant, avec force, de bandes de fer placées à chaud. On conçoit, en effet, que le métal, venant à se refroidir et tendant à rentrer sur lui-

(*) Dans la suite du Cours, l'Auteur assimile le calorique à un fluide impondérable et parfaitement élastique. Ces hypothèses sont généralement abandonnées aujourd'hui; nous reviendrons sur ce sujet (Note du § 105); nous nous bornerons à dire ici que la chaleur qui se manifeste lorsqu'un corps est comprimé brusquement ne préexiste pas dans ce corps, mais qu'elle est un produit, une transformation de la compression. (K.)

^6 MÉGANIQUE INDUSTRIELLE.

mémey fait effort contre les obstacles qu'on lui a présentés, de la même manière (17) que s'il avait été réellement allongé par une forte traction.

En se rappelant la dilatabilité des métaux, on évitera une foule de fautes dans les constructions. — On se gardera, par exemple, de sceller à leurs extrémités des barres métalliques d'une certaine longueur, et dont le raccourcissement ou l'aN longement serait nuisible; on laissera à toutes les pièces le jeu et la liberté nécessaires : ces précautions sont particulièrement indispensables dans l'établissement des lisses en fer des grands ponts, dans celui des tuyaux de conduite en fonte des* fontaines, etc.

26. Résultats d'expériences (*). — Le tableau suivant indique l'allongement par mètre de longueur qu'éprouvent divers corps en passant de o à loo degrés centigrades.

Acier 0,001079

Acier trempé 0,001225

Bronze 0,001849

n • ' i fondu 0,001875

Cuivre jaune.. J , . „, ::^

/ laiton en ni. 0,001933

Cuivre rouge 0,001717

Étain 0,002283

i doux forgé 0,001220

rond à la filière. . . 0,001 235

Bl de fer 0,001440

Fonte de fer { '

Or 0,001401

Or recuit o,ooi5ii

Platine 0,000884

Plomb 0,002867

Terre cuite 0,000467

Laplace et Lavoisier.

Smeaton.

Daniell.

Troughton.

Daniell.

Smeaton.

Smeaton.

Laplace et Lavoisier

Smeaton.

Laplace et Lavoisier.

Laplace et Lavoisier.

Troughton.

Roy.

Navier.

Ellicot.

Laplace et Lavoisier.

Dulong et Petit.

Smeaton.

Adie.

(*) Nous avons cru devoir étendre le tableau des coefficients de dilatation que Poncelet avait donné dans les précédentes éditions. (K.)

/ tubes o,ooo833 Smeaton.

Verre., j règles o ,000861 Dulong et Petit.

( glaces 0,000891 Laplace et Lavoisier.

j. i fondu 0,002942 Smeaton.

( allongé au marteau. o,oo3io8 Smeaton.

L'allongement est à très-peu près constant d'un degré à l'autre pour rintervalle de i à 100 degrés du thermomètre; mais il n'en est pas ainsi à quelque distance au delà.

D'après les belles expériences de M. Gay-Lussac, la dilatation ou l'augmentation de volume de Tair et de tous les gaz, pour chaque degré du thermomètre centigrade^ est de 0,00375 = ^ de leur volume à zéro, la pression restant constante ou la même (Ift' et 15) : ainsi, par exemple, le volume d'un gaz à zéro étant i mètre cube, à 60 degrés centigrades il sera r»*4--5iV= i"%225, si la pression n'a pas changé (*).

Idée de la constitution intime des corps,

27. Il résulte, de tout ce qui précède, que les corps se composent d'atomes inaltérables, indivisibles et dont la petitesse est telle, qu'ils échappent tout à fait à nos sens; que ces atomes réunis par groupes en nombre déOni et dans un cer-

(*) Il résullc des expériences entreprises par M. Regnault, en 184 1» que le coefficient donné par Gay-Lussac est trop fort; Rudberg était déjà arrivé à cette conclusion, et avait indiqué le chifTre de o,oo3G5. D'après M. Regnault, J'alr maintenu sous une pression constante, voisine de la pression atmosphérique, se dilate pour chaque degré, entre 0 et 100 degrés centigrades, de -yJ-^ = 0,00367 de son volume à zéro. Ce coefficient augmente sensiblement avec la pression; en outre, il n'est pas rigoureusement constant pour tous les gaz, mais il diflëre peu pour ceux qu'on n'est pns parvenu à liquéfier. Voici du reste les coefficients trouvés par M. Regnault pour divers gaz :

Air 0,00367

Acide carbonique 0,00371

Acide sulfureux 0,00390

Azote 0,00367

Cyanogène o,oo38S

Hydrogène o,oo366

Oxyde de carbone , o,oo367

a8 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.

tain ordre de symétrie pour constituer les molécules des corps

sont, ainsi que ces molécules elles-mêmes, séparés les uns des autres par des intervalles qui sont susceptibles de varier dans différentes circonstances; qu'enfin ces atomes ou les ^ molécules que leur groupement constitue résistent aussi bien aux causes extérieures qui tendent à les rapprocher qu'à celles qui tendent à les désunir; ce qui porte à supposer entre les molécules ou les atomes voisins des actions réciproques nommées attraction et répulsion qui les maintiennent dans leur état d'écartement ordinaire ou stable. — Sans ces actions, les corps ressembleraient à des monceaux de poussière privés de toute consistance.

28. Attractions, répulsions moléculaires, — Les effets de Tattraction moléculaire se nommejit, selon les cas, affinité^ adhésion, adhérence, cohésion, cohérence; ils se manifestent dans une infinité de circonstances, tant pour les liquides que pour les solides. Quant à la répulsion, elle est évidente dans les gaz dont les molécules se repoussent constamment, et tendent à s'échapper en tous sens : on s'accorde à supposer que le calorique latent ou la chaleur naturellement emprisonnée dans les corps est la cause de la répulsion moléculaire, et que, sans cette chaleur, ils seraient tous à l'état solide.

29. Attractions à distance, — L'attraction et la répulsion dont il vient d'être parlé n'ont lieu qu'entre le3 molécules voisines d'un même corps, ou au contact immédiat de deux corps différents; il existe d'autres genres d'actions qui s'exercent de corps à corps et à des distances quelconques : telles sont Vattraction ou pesanteur universelle qu'on nomme aussi gravité, gravitation^ les attractions et réiiulsions magnétiques, électriques, etc. La pesanteur, considérée dans les corps qu'attire notre globe, est la seule qui puisse nous intéresser ici, parce qu'elle joue le rôle essentiel dans tous les phénomènes de la Mécanique industrielle.

De la pesanteur et de ses effets,

30. Tous les corps tendent à tomber ou tombent sur la terre, quand ils cessent d'être soutenus, en suivant une direc-

tion quiy pour chaque lieu, est celle de la verticale indiquée par leyî/ à plomb; celle direction, comme on le sait par expérience et comme nous le démontrerons directement plus tard, est perpendiculaire à la surface des eaux tranquilles, qui se nomme surface de niveau ou simplement niveau; prolongée suffisamment par le bas, elle va passer par le centre du globe terrestre : c'est là un des effets sensibles de Tattraction de ce globe sur les corps placés à sa surface. Mais si, au lieu d'être abandonnée lui-même, un corps est soutenu par un obstacle, par un lil, je suppose, il pèse sur l'obstacle, sur le fil; et ce second effet, ce résultat de l'attraction terrestre, est ce qu'on nomme le poids du corps : les poids d'ailleurs se comparent entre eux et se mesurent au moyen d'instruments dont l'usage est généralement connu, et dont nous apprécierons les qualités essentielles quand nous aurons acquis les notions de Mécanique nécessaires.

31. Unité de poids. — Le poids qui a été pris pour unité de mesure, en France, se nomme gramme: lo grammes, loo grammes, looo grammes font un décagramme, un hectogramme, un kilogramme; loo kilogrammes font un quintal métrique, et looo kilogrammes forment ce qu'on appelle un tonneau dans la marine.

Le gramme, le hilogramme, le quintal et le tonneau sont les poids dont on se sert le plus fréquemment pour peser les corps. — On a aussi divisé, dans ces derniers temps, le kilogramme en 2 livres, la livre en i6 onces, etc.; mais il ne faut pas confondre cette livre métrique et légale avec l'ancienne qui est plus faible d'environ ^ : le kilogramme vaut 2 ,0429 livres anciennes, ce qui fait 0^,4896 pour une livre.

Poids-étalons. — Les poids qui servent d'étalons ou de modèles de mesure en France sont généralement en cuivre pour les petits poids, et en fonte de fer pour les grands; mais, comme ces étalons peuvent à la longue se perdre ou s'altérer malgré toute leur solidité, on a, pour retrouver au besoin l'unité de poids avec l'unité de longueur, un moyen trèsprécis que nous ferons bientôt connaître.