DES LIQUIDES

Vn liquide est un corps qui prend la forme des vases dans les quels il est contenu; ses parties sont très-mobiles les unes par rapport aux autres; la force qui les tient unies est facile à vaincre.

Les conditions d'équilibre des liquides, et les phéiioinènes qui eu résultent, peuvent être expliqués et iirévus en ayant recoui’s : 1“ à ce fait que les liquides sont pesants ; 2» à ce princijie que les liquides transmettent intégralement dans tous les sens la pression exercée en un point de leur surface.

Principe de Pascal , — ^ons allons exposer d’abord ce principe dû à Pascal, qui le découvrit en étudiant les divers phénomènes de l’hydrostatique.

Soit un vase de forme quelconque plein de liquide et percé en .\ et B de deux ouvertures égales. Si l’on bouche ces deux ouver-

tui'es par deux pistons mobiles, tenus d’abord en équilibre jiar des pressions convenables, on verra que toute pression nouvelle exercée sur l’nn d’eux .4 se transmettra intégralement audessous de B ; on le reconnaîtra en constatant que B ne demeurera en repos qu’à la condition d’être soumis à une [ire.ssion nouvelle égale à celle que l’on a ajoutée sur A. Ceci est vrai, (iiielle que soit la position de .\ et de B.

Presse hydraulique. — D’après cela soient deux vases cylindriques V et A"' de diamètres très-inégaux et réunis par un tube de communication T. Vei'sons du liquide dans ces deux vases, et [ilaçons au-dessus deux pistous P et P' qui les ferment e.xactement. Il résulte du principe de la transmission des pressions que toute jire.ssiou exercée sur P (le petit piston) se transmettra intégra-

Fig. ai.— Principe cio Pascal.

INTltODUCTION. — NOTIONS DE PHYSIQUE.

lement à toutes les surfaces do même dimension que P qui composent ?■'. Si, par exemple, la base du piston P est l'i, celle de F égale à 100'<i, toute pression exercée sur P tendra à soulever F avec un lelfort centuple. Un homme pressant sur P éijuilibrera les ellbrts de 1 00 hommes exercés sur P^

La machine que nous venons de décrire

Fig. .32.— Principe lie la s’appelle presse hydraulique. Elle est frepresse hydrauliipie. ‘•j .

quemment employée dans 1 industrie pour

exercer des pressions énergiques au moyen d'elTorts comparativement faibles. Dans ce but, la tige du piston G porte mie plate-

Fig. 33. — Presse hydraulique.

BB, levier faisant mouvoir le petit piston* F, reaervoir d enu.

EË, tuyau communiiiuani.

G, tJae du grot piston.

Al plate>forme portant la substance soumise à la pression.

forme horizontale \ qui est en regard d’une autre invariable. La substance à presser se met entre les deux plaie-formes.

La presse hydraulique sert à l'extraction des huiles, du jus de la hetlerave, etc.

Elle peut être einjiloyée à exercer de fortes tractions : jiour essayer les câbles, la résistance des matériaux, etc. Un manomètre, en communication avec le liquide, indique quelle est la pression à chaque instant, quelle est la traclioii au moment de la rupture du câble. Eu .IngleteiTe, on s’en est servi pour élever

CHAHITUF. I*-"-. — l■KS.\^TEL■H. 2l)7

sur leuis piliers les tubes de fer qui composent le pont jeté entre l’Angletirre et l’ile d’Anglesey.

I‘l■essrm d'un liquide sur le fond d'un rase. — Ix!s litpiides, en vertu de leur ioids, pressent sur le fond îles vases qui les contiennent. Mais en vertu du principe de la transmission des pressions, c^tte pression est péuéraleiuent toute différente du poids du liquide contenu lans le vase. On a trouvé que la pression sur le fond d'un vase est 'gale au ]ioids d'une colonne liquide qui aurait pour base le fond du vase, et pour hauteur la hauteur du liquide au-dessus de ce fond.

.Ainsi, par exemide, imaginons uii va.se de forme quelconque, une carafe, un verre, une terrine ; dans ce vase dont le fond est 50ss, le liipiide monte à 20‘‘ de hauteur : jjour connaitre la [iression, il faudra calculer le poids de la colonne liquide dont la base est 50ss, et la hauteur 20<".

Pour démontrer qu'il en est ainsi, on suspend le fond mobile Alt d'un vase M à l'extrémité du fléau d'une lialance comme le montre la figure ci-contre, et l'on observe le poids qui, dans le plateau, fait équilibre à la pression exercée sur le fond. Pendant l'expérience, le xase M est soutenu par un supyiort C.

Pressions contre, les pnroi.s. — Mais le liquide ne pres.se pas seidement sur le fond, les couches supérieures du liquide exercent sur les couches qui les soutiennent des pressions qui se transmettent non-seulement de haut en bas, mais aussi dans tous les autres sens, c’est-à-dire latéralement, obliquement, et même de bas en haut. Ce sont des conséquences directes du jirincipe de la transmission des pressions que nous avons établi; nous pourrions donc nous alistenir de i.'ouvelle démonstration. Toutefois voici des faits vulgaires qui nous serviront de preuve siqiplémentaire.

Si un vase, une auge [lar e.xemple, est bouché latéi alemeut par une bonde ipii ne soit jias sulli.saminent serrée, ta bonde est chassée au dehors jiar le liquide du vase, ce qui montre bien qu’il exerce une pression latérale. .Autre fait : que l’on imagine un bateau placé sur un bassin, si on vient à faire une ouverture au fond du bateau, l’eau jaillit comme chacun sait ; c’est une preuve ijue le Ii([uide pre.sse de bas en haut contre le fond.

Turbines. — C’est sur ces pri'ssions que repose la théorie d’appa-

IXTnOülXTIOX. — NOTIONS DE PHYSIQUE.

Fig. 35. — Tournif]uet hydraulique (turbine.)

AB| dclail de» tubes coudes fiour indiquer le sens de la pression.

reils fréquemnK'nt établis dans les usines, et connus sous le nom

de turbines. En voici le principe :

l'n vase vertical plein deau est muni vers sa partie inérieurc de tubes horizontaux, coudés tous dans le même sms, par lesi^iels l’eau peut s’écader. La pression qui s'exerce «ontre la partie du coude située vis-à-vis chaque ouverture, pnssion qui n’est pas contre-baUncée par une pression contràre détermine un inouvemen. de l’appareil ; la rotation est eu sens opposé du sens de l’écoulemeiit. Si on tient les ouvertures bouchées, le mouvement n’a pas lieu, les pressions contre les bouchons équilibrent celles qui agissent dans la direction opj)osée.

Pour éxnter toute erreur, nous devons ajouter que la pression d’un liquide pendant le mouvement n’est ixis la même que pendant le repos. Dans le cas actuel elle est double.

Machines à colonnes d'eau. — Oa peut rapporter à la théorie précédente l’explicatiou des machines à colonnes d’eau qui senent sauvent à l’épuisement de l’eau qui inonde les mines.

Qu’on imagine un piston mobile dans l’intérieur d'un corps de , pomi>e fermé à la partie supérieure et à la

])ai lie inférieure On pourra faire monter le pistou en mettant la partie inférieure du corps de pompe en communication avec un réservoir élevé plein d'eau. Quand le piston sera au plus haut point de sa course, ou le fera descendre en donnant accès à l'eau atidessiis de la tête du piston, et en permettant l’écoulement de l’eau qui se trouve audessous. Une pièce, soit un tiroir, soit un système de robinets, pennet do faire arriver ou sortir l'eau, quand il le faut. Ces machines sont fréquemmtmt établies dans les mines ou usines situées au pied d’une colline.

Fig. 36. —Machine à colonne d'eau.

rHAE'lTUE — I’ESANTEL'H.

Le mouvement de va-et-vient du piston permet de faire fonctionner des pompes.

VuiM communiiiuaitls. — Dans les vases communiquants (vases

réunis %'ers leur partie inférieiu-e par un tube EF) pour qu’un liquide soit en équilibre, il faut qu’il s’élève à la même hauteur ABED dans chacun des vases.

, C’est sur ce fait que repose la

Fig. 37.— Principe des vases * ^

communiquants. théorie üu iiiveau d eau , Celle

des jets d’eau et celle des puits artésiens.

Principe d’Archimhlc. — Les pressions qu’un liquide e.verce sur les corps qui s’y trouventplongés soutiennent ces corps. ïoutcorps plongé dans un liquide perd une partie de son poids égale au poids du liquide déplacé.

Pour le re('oimaltro, on n’a qu’à peser un corps comme on le fait d’habitude; i)uis à le peser quand il est plongé enliéremeut dans l’eau en le tenant accroché par un fil très-fin au plateau d’une balance. On observera une diminution do poids, et si l’onconnait le volume du corps, on pourra constater que cette perte de poids est celle que nous avons énoncée.

C'est sur l’application de ce principe que repose la construction des machines ou instruments destinés à flotter à la surface de l’eau.

Supposons, en effet, un corps inlroduit-dans un liquide. Ce corps sera soumis à deu.x actions en sens contraire : l’ime, son poids qui tendra à le faire descendre, l’autre égale au poids du liquide déplacé, qui tendra à le faire monter. Le corps obéira à la force la plus grande, et si, par e.xemple, il pèse moins que l’eau à égalité de volume, il s’élèvera, montera en partie au-dessus du li(juide, et ne s’arrêtera qu’au moment où il ne déplacera plus qu’un poids de liquide égal au sien.

Aréomètres. — Les aréomètres de Itaumé, l’alcoomètro de Gay- Lussac ne sont que des corps flottants de celte nature : plus le liquide est dense, moins ils s’y enfoncent, car plus le liquide est dense, plus le volume de liquide déplacé doit être petit pour éijuilibrer le poids du corps. (V. Essais par les volumes aréomètres.)

DES OAZ.

On donne le nom de gaz à des corps qui occupent tout l’es-

INTROUICTIOX. — -NOTIONS DE l’HYSKjrE.

paccqui leur estoH'ert, <iuelque grand que soit cet espace. Les particules des gaz se repoussent donc les unes les autres.

Poids des gaz. — Les gaz sont pesants. On n’a pour le constater qu’à peser un vase vide, puis plein d’air; on reconnaît une différence de poids do lg'’,3 environ par litre de gaz. Les gaz transmettent d’ailleurs les pressions comme les liquides : ce que nous ne tarderons pas à prouver dans de nombreus«*s circonstances.

Pression almosjdicrique. liaromHre. — D'après ce (jui précède, la couche d’air qui entoure le globe doit peser sur le sol comme un liquide le fait sur le fond d’un vase, et cotte pression doit d’a[>rès ce principe de la transmission des pressions s’exercer sur tous les corps situés à la surface de la terre et dans tous les sens, aussi bien de bas en haut que de haut en bas, à gauche comme à droite.

Cette pression est mise en évidence et mesurée au moyeu d’un instrument appelé baromètre.

Pour construire un baromètre, on prend un tube d’un mètre environ, fermé à l'une de ses extrémités, ouvert àl’autre ;on l’emplit de mercm-e. L’exti-émité ouverte est alors bouchée avec le doigt, et letuhe retourné est plongé dans une cuve à mercure. Si on retire le doigt, on voit la colonne de mercure du tube descendre et s’arrêter à i)ou près à une hauteur de 70 centimètres (.V).

Cette colonne de mercure met en évidence la j)ression atmosphérique (jui s’exerce sur la surface B du mercure de la cuvette, car, sans une pression sur cette surface, le mercure ne pourrait pas être soutenu dans le tube. Il y a mieiLX, elle donne la valeur de la pression : en effet, la colonne du tube ne peut être soutenue que i>ar un etforl éciuivalent à celui qu’exercerait une colonne de mercure de même hauteur, élevée sur le mercure de la cuvette.

-\insi, sur une surfact; (pielcoiifpie, l’atmosphère exerce une pression égale au poids d’une colonne de mercure qui aurait pour base cette surface, et pour hauteur 76 centimètres. Kn faisant le calcul, on voit que sur chaque centimètre carré cette pression est égale à 1 kilogramme environ.

Fig. 38.— Conutruction du baroini'lro.

CH.U'lTllE

-PESANTE! n.

ilanomvtres. — Maintenant nous pouvons faire comprendre les instruments dont on se sert jioiu’ évaluer les pressions dans les appareils tels que chaudières, presses hydrauliques, etc. Ces instruments s’appellent des manomètres.

Le manomètre à air libre se compose d’un tuhe'recourbé, comme

Fig. 39. — Manouiôlre à air libre.

l'indique la tigure ci-jointe. Ce tube contient du mercure (jui s'élève à une hauteur convenable AB dans chacune de ses dcu.v branches verticales. L’une de ses extrémités communique avec l’atmosphère, l’autre avec le lluide dont on veut évaluer la pression. A mesuie (]ue la pression du lluide augmente, le mercure est repoussé et refoulé d’un cùtè, il monte de l’autre. Ouand l'équilibre est établi, ou obtient la pression cherchée en ajoutant tà la liression atmos[ihèri(iue (poids d’une colonne de mercure de 7t)<- de hauteur) le poids de la colonne de mercure qui s’élève au-dessus du niveau du mercure de la branche communiquant avec le lluide comprimé. Supposons, par exemple, que le manomètre soit eu communication avec une chaudière à vapeur, (jiie A' et B' soient les niveaux du mercure de charpie branche; la pression sur une portion de surface de la l'haudière est égale au jioids d’une colonne de mercure ipii aurait jiour base cette portion de surface, et pour hauteur la distance verticale do .V et de B' augmentée de 76''. Chaque centimètre carré supportera une prt'ssion égale à autant de fois 1 >‘'1,3 que cette colonne contiendra de fois 76'=.

Le manomètre à air comprimé se compose d’un tube, comme le piécédent; seulement la communication avec l’atmosphère est interceptée : la branche B du tube est fermée et contient de l’air. Cet air en vertu de sa force élastique s’oppose a l’ascension du mercure avec un elTort qui dépend de son volume. Cet effort peut être déterminé par le calcul eu appliquant la loi de Mariotle. Mais d’habitude un manomètre à air se gradue par comparaison avec un manomètre à air libre.

Fig. 10. — MaîKMnêtre a air comprimé.

iil l.VTtlomCTIO.N. — NOTKJ.NS DK 1’llVSH.IfK.

A cet cllet, on les adaj)te tous deux cnseinbe à la même chaudière, et (|uand le manomètre à air libre indi<[ue une pression de I, 2, d, etc., atmosphères, on inanjue ces mêmes indications au point où s’arrête le mercure dans le manomètre à air comprime.

.M. Itonrdou a imaginé nn manomètre construit sur un principe nouveau. L’instrument se compose d’un tnhe de métal aplati,

qui est roidé en spirale; il est fermé et libre à l’une de ses extrémités, fixe à l’autre extrémité (]ui communifjue avec le fluide dont on veut mesurer la pression. L’extrémité lil>re porte une aiguille (|ui se met en mouvement par la déformation ((ue subit la courbure du tube stiivanl la pression.

On gradue l'instrument par comparaison avec un manomètre à air libre.

Machine pneumatique. — La machine pneumatique a pour objet (l'enlever l’air contenu dans nn vase ampiel on donne le nom de récipient. Elit! se compose de deux corps de iiompe identiques. La ligure ci-contre représente l’un de ces corjts de pompe. Le jnston P qui peut s’y mouvoir est percé d’une ouverture que ferme une soupape s’ouvrant de bas en haut. 11 est travei-sé par une tige qui porte une soupape conique destinée à fermer le canal qui met en communication le récipient G avec le corps de pompe. Cette tige est terminée vers sa partie supérieure parmi renflement qui ne peut traverser l’ouverture étroite du couvercle vis-à-vis de laquelle elle se trouve.

Voici le jeu de la machine. Supposons le piston au plus bas point de sa course et faisons-le monter. La soupape s' est soulevée et l’air du récipient se précipite en partie dans le corps de pompe vide, .\baissons le piston, la soiqiape s', qui ne s’est pas beaucoup éhivée au-dessus de l’ouverture qu’elle doit bouclier, se ferme aussitôt, et la communication est interrompue entre le recqiient et le corps de pompe. L’air isolé dans le corjis do pompe augmente de force élasli(]ue à mesure que le jiiston s’abaisse, force la soupape du piston de se soulever : l’air comprimé sort, et quand le piston est arrivé au fond du corps de pompe, tout l’air venu du récipient est expulsé. En soulevant de nouveau le piston, ou fait

CIIAIMTIIK lir. — PESANTELH.

sortir une uouvelle quaulllô d’air du récipient ; on le chasse ensuite du corps de pompe en abaissant le piston, et l’on arrive, par cette manœuvre répétée, à rarélier l’air de plus en plus.

Fig. -12. — Coupe de la machine pneumatique.

MM', manirclle faitant mouroirla r&nc dentee x.

KK, crémail]fr« formant la tige du piston.

AB, cor|>» de pompe.

P, piston.

rt'f soupapes.

it. communication arec le récipient.

r. récipient.

DF, plateau.

K, eprouvetie renfermant un mano> motre ti&.

B, robinet interceptant la commonication arec le récipient, robinet du roanometre.

Théoriquement, chaque coup de piston enlève une nouvelle quantité d’air du récipient, et il semble que l’on peut obtenir im vide aussi absolu que l’on voudra. Pratiquement, il n’en est pas ainsi : ce qui s’y oppose , c’est que le piston arrivé an jjIus bas point de sa course ne touche pas e.xactemeut au fond du corps do pompe. M. Babinet a imaginé un perféclioimement qui permet d’obtenir un résultat plus parfait. Toutefois la machine que nous avons décrite suftit pour tous les usages industriels.

Pour évaluer la force élastique de l’air qui reste dans le récipient, ou adapte à la machine un récipient additionnel E, qui contient un baromètre tronqué de 1 à 2 décimètres de hauteur, Go baromètre se compose d’un tube recourbé formé en e, ouvert en b. La branche a, remplie de mercure, reste pleine quand l’instrument se trouve à l’air libre ; mais quand la pression de l’air contenu dans le récipient devient plus faible, la colonne de mercure ne peut plus être soutenue tout entière ; elle descend, et la dill'érence des bauteui-s des deux colonnes donne la force élastique de l’air restant.

l.a machine pneumatique, telle que nous l’avons déciite, doit avoir deux corps de pompe et deux pistons; sans cela, vers la fin de l’opéi-ation, il faudrait disposer d’une force considérable pour