EXPOSÉ DE L\ THÉORIE MÉGAMQUE

sistait en an moavement vibratoire, ayant quelques analogies avec le mouvement sonore. Le son engendré ordinairement par la vibration des solides se propage par l'intermédiaire de Tair et des ^autres fluides. Semblablement, la lumière et toutes les vibrations calorifiques ou chimiques composant les rayons émanés des corps incandescents auraient leur origine dans les mouvements oscillatoires des corps lumineux, et pour se propager ils nécessiteraient lintermédiaire d'un fluide. Ce fluide fut nommé éther et on admit qu'il était répandu dans tout l'univers.

Les belles découvertes de Melloni sur le calorique rayoïinant ont affirmé les analogies de ce mode de chaleur avec la lumière. Aussi Melloni, qui, entraîné tout d'abord par les idées de son époque, avait cherché à établir la distinction entre ces deux agents, arriva peu à peu à professer hautement que les rayonnements calorifiques et lumineux étaient de simples mouvements. Cette théorie fut acceptée avec enthousiasme par Fresnel et par Ampère ; elle se répandit à grand'peine parmi nous, malgré les efforts du P. Pianciani, et plusieurs théories de ce physicien distingué, regardées alors comme trop avancées, ont été com« plétement vérifiées par les découvertes ultérieures *.

Mais les notions exactes sur l'action mécanique de la chaleur dans l'intérieur des corps manquaient, et les défenseurs des nouvelles doctrines ne purent expliquer nettement ce en quoi consistaient la température, la capacité des corps pour la chaleur, et les phénomènes dits de chaleur latente. De plus, les savants livrés aux recherches d'optique et ceux adonnés à l'étude du calorique statique, formaient, pour ainsi dire, deux camps opposés. On n'avait pas encore cherché quels rapports relient ces deux branches de la physique, il était donc impossible de présenter

* Voy. les Institutions physico-chimiques de G. B. Pianciani. Rome, 1835, vol. IVy appenciiM théorique.

iO DO CALORIQUE.

une théorie homogène. On oscillait sans cesse des idées anciennes aux nouvelles et la langue scientifique se chargeait d'expressions mal définies ou détournées de leur véritable sens physique.

Seuls les mécaniciens théoriciens commencèrent tardivement à s'occuper de la chaleur comme puissance motrice. En 1824, Sadi Carnot donna une célèbre théorie de la machine à vapeur qui fut le point de départ et le sujet de nouvelles recherches. Il partait de ce principe que le calorique est une substance qui se conservant sans altération dans son passage à travers la machine, produit néanmoins le mouvement durant ce trajet. Évidemment d'après cette hypothèse la chaleur devait se trouver en égale quantité aux deux extrémités d'une machine à feu, mais on ne pensa point à vérifier expérimentalement ce résultat théorique dont l'inexactitude a été plus tard parfaitement établie. Carnot fut suivi par Glapeyron *■ qui exposa les principes et trouva les formules analytiques nécessaires pour estimer le travail effectué par le calorique. Tous • les savanls acceptèrent comme axiome fondamental l'impossibilité de créer soit la force motrice, soit le calorique, par conséquent c'était au moment où un corps chaud devenait froid que la chaleur produisait la force mécanique.

Jusque-là les physiciens n'avaient aucune notion sur le véritable moyen par lequel la chaleur produisait le mouvement mécanique, et bien que Mayer, médecin allemand, en 1842, envisageant le calorique comme un mouvement, eût exposé des idées justes sur l'équivalence de la chaleur et des forces mécaniques, on ne commença cependant à se représenter d'une manière exacte l'action dynamique de la chaleur qu'après les belles expériences de Joule faites pour déterminer avec précision suivant quel rapport

* Journal de l'École polytechnique, t. XIV, p. 159, ch. xxin, 1834.

EXPOSÉ DE LA THÉORIE MÉCANIQUE. Il

le mouvement mécanique se transforme en chaleur. Il commença ses recherches en 1844. Il faisait mouvoir dans l'ean une roue animée par la chute d*un poids; la température atteinte par l'eau lui permettait d'estimer le calorique dégagé , et la hauteur de laquelle tombait le poids donnait le moyen d'évaluer le travail mécanique effectué ; calculant le rapport entre ces deux quantités il le nomma équivalent mécanique de la chaleur. Cette expérience ne différait pas quant au fond d'une autre faite par Rnmford longtemps auparavant, mais elle eut l'avantage de fixer l'attention des physiciens. La question ainsi présentée fut rapidement étudiée sous toutes les formes possibles, et il en résulta une théorie complète des machines les plus employées.

Plusieurs savants, entraînés par ces résultats remarquables, poussèrent à une exagération regrettable les hypothèses sur la nature de ce mouvement moléculaire. On attaqua violemment les idées de Fresnel sur Tèther et on se refusa à admettre l'existence d'un milieu impondérable. On jugea la conception de la matière pondérable suftisante pour expliquer tous les phénomènes, même la propagation de la lumière. Ainsi on retombait dans la théorie de l'émission; on n'accepta aucun principe impondérable et on confondit les notions de matérialité et de pondérabilité. Nous parlerons en lieu convenable de ce système, résultat direct de la théorie mécanique de la chaleur.

Une école, du reste, assez nombreuse et fort respectable, considère le calorique non comme une substance , mais comme une fo7*ce, c'est-à-dire comme un principe sui generis (exemple: la gravité) duquel dériveraient tous les phénomènes calorifiques. Gette école considère les phénomènes caIorifi4ues comme des échanges de travail s'effectuant entre les corps, et l'équivalent mécanique de la clialHur est accepté comme un fait. On doit applaudir au"» efforts de cette école en tant qu'elle applique aux phéno-

i2 DU CALORIQUE.

mènes de la chaleur la méthode qui fut suivie par les géomètres dans l'étude des phénomènes célestes, car elle en recherche les lois sans analyser la nature du principe initial. Mais si cela suffit à la géométrie et à la science appliquée ; il n*en est pas de même pour la physique. En effet, non-seulement le physicien cherche à se faire une idée claire des faits et des lois d'après lesquels une force agit, mais il s'efforce encore de coimaître quelle est la nature de cette force. Pour lui la gravité elle-même fournit un ample sujet à la spéculation car nous ne savons rien de son origine et cependant ses lois nous sont parfaitement connues.

Donc, pour suivre les principes de la vraie philosophie, dont Huygens disait^ : « Toutes les causes des phénomènes naturels doivent se concevoir comme des actions mécaniques, si toutefois nous ne voulons pas désespérer de comprendre quelque chose à la philosophie naturelle. » Nous devons chercher « s'il serait possible de ramener les phénomènes du calorique à un simple échange de mouvement entre les corps, sans recourir à un autre principe, à moins que l'insuffisance d'une semblable explication ne soit parfaitement démontrée. »

Mais considérer le calorique comme un mouvement n'empêche pas de le nommer une vraie force en employant ce mot pour exprimer la cause quelle qu'elle soit d'un mouvement Celte cause, envisagée d'une façon absolue, peut être un pur esprit (comme Test certainement le plus pur des esprits, c'osl-à-dire Dieu créateur, centre de toute force et de tout mouvement), ou bien encore on peut nommer cause de mouvement et regarder comme telle une masse matérielle quelconque animée de vitesse. En effet, quand une masse matérielle a été mise en mouvement, elle devient capable de produire un effet égal à l'effort déployé pour lui

* Tractatus de lamine. Amsterdam, 1827, p. 2. Omnium efTectuuni naturalium causa: concipiuntur per raliones mechanicas, nisi Tclimus omnem spcm objioorc aliquid in physicis intcUigendi.

EXPOSÉ DK LA THÈORTB MÉCANIQUE. 13

donner le mouvement qui l'anime. Par suite, elle peut vaincre une résistance extérieure et par là même effectuer un vrai travail dans le sens mécanique du mot, c'est-à-dire, vaincre une résistance le long d'un chemin détermine' et pendant un temps défini, travail qui se nomme aussi effet dynamique de la force et dont la mesure est le demiproduit de la masse par le carré de la vitesse, c'est-àdire \a force vive comme on le démontre par le* calcul. Je citerai à ce propos un fragment des écrits de Poncelet *. « Un corps mis en mouvement, un certain efi'et dy- « namique (force vive), peut, à son tour, devenir une cause « ou source de travail... L'inertie, quand elle a été vain- « eue, devient capable de restituer la quantité de travail a dépensée de méme»qu*un ressort qui a été bandé. En un ff mot, l'inertie comme le ressort, sert à emmagasiner le « travail mécanique en le transformant en force vice, de « sorte que la force est un véritable travail disponible. » Et ailleuis' : « L'inertie sert à emmagasiner le travail des « moteurs en le convertissant en force vive et à le resti- « tuer intégralement ensuite lorsque celle force vivo vient « à être détruite contre ces résistances. »

Ainsi travail et effet dynamique, force vive et masse animée d'une ceitaine vitesse sont des expressions de môme valeur. En mathématique, le mot force vive est employé pour représenter l'effet total de tous les chocs plus ou moins prolongés imprimés à un corps pendant un certain temps.

D'où il résulte la possibilité de convertir numériquement l'effet d'une force en celui d'une autre, par le moyen de la quantité de travail mécanique propre à chacune d'elles ; d'où il résulte encore le moyen de convertir un travail en un autre ou, pour parler plus simplement, un mouvement en un autre équivalent.

* Poncelet, Mécanique industrielle, part. I, n» 124. « P. 86, n* 13S.

Par exemple, un mouvement de translation se convertit en mouvement rotatoire ou en mouvement vibratoire, et le travail d un homme qui met une cloche en branle se transforme en mouvement vibratoire de Tair, lequel produit le son.

Ainsi donc nous nommerons le mouvement une force, sans craindre de tomber dans un abus de mots en confondant la cause avec Feffet, car les notions de force et de mouvement ne se différencient pas par la diversité de nature, mais par la diversité des rapports. Une masse qui a absorbé un certain travail pour se mettre en mouvement, peut devenir, à son tour, puissance et exécuter un travail. Nous ne nous arrêterons pas ^ ces subtilités et nous nous conformerons aux habitudes des physiciens et à leur langage. Pour nous (abstraction faite, bien entendu, des cas où Ton admet Tinlervention des esprits, ce terme ayant ici le sens expliqué plus haut), il est absurde d'admettre que le mouvement dans la matière brute puisse avoir d'autre origine que le mouvement lui-même. Nous rejetons ces principes appelés /brces, qui ne sont ni esprit ni matière, ces principes dont on n'a jamais prouvé Texistence et que nous regardons comme de pures abstractions. Nous chercherons donc à réduire tous les phénomènes à de simples échanges ou communications de mouvement, et nous admettrons cet échange comme un fait primordial dont on trouve la raison dans la nature même de la matière*.

Donc, assimiler le calorique à un mouvement n'empêche pas de le regarder comme une véritable force et d'en calculer les effets. La chaleur produit divers genres de mouvements; d'un autre côté, les mouvements ordinaires de la matière pesante peuvent se transformer en chaleur et rè-

* Ces réflexions paraîtront peut-être superflues, mais eUcs étaient nécessaires dans la première édiiton de ce livre pour éviter de nombreuses objections qui n'ont plus de raison d'être.

EXPOSÉ DE LA THÉOniE MÉCANIQUE. 15

ciproquement ; il noas faut donc traiter ce sujet avec quelque développement, et définir les résistances que le calorique doit surmonter dans les corps, c'est-à-dire les différents genres de travail qu'il accomplit. Nous désirons rendre nos explications aussi claires que possible, on nous permettra donc de rappeler ici quelques notions de mécanique indispensables pour Tintelligence de ce qui va suivre.

En mécanique pratique, on mesure le travail d'une force par le produit du poids élevé, dans une unité de temps déterminée, à une certaine hauteur, par cette hauteur. L'unité de poids adoptée est le kilogramme ; les hauteurs sont mesurées en métrés ; les temps, en seconde ; et Ton nomme kilogrammétre le travail nécessaire pour le poids de 1 kilogramme élevé à 1 métré de hauteur en une seconde de temps. Lorsqu'on évalue l effet des machines, on emploie souvent unité nommée cheval-vapeur, qui est le travail nécessaire pour produire 75 kilogrammes en 1 seconde. Une machine d'un cheval pourrait donc en 1 seconde élever 1 kilogramme à la hauteur d'un mètre, ou bien 75 kilogrammes à i mètre de hauteur, car dans les deux cas le travail est le même : 1 x75=75xi.

En second lieu, si on nomme force vive le produit de la masse m par le carré de la vitesse v, soit mv', le tra-

vail sera mesuré par la moitié de cette force vive, soit— mv*.

Dans le cas des corps pesants, il est facile de passer de celte seconde défmition à celle donnée précédemment. Soient g l'intensité de la pesanteur, a la hauteur de laquelle tombe un corps, on a V*=2gfa. Par suite, le travail exprimé d'après la formule sera mga ; et, comme le poids P est toujours égal à mg, le travail à effectuer pour élever un poids est exprimé très-simplement par Pa, c'est-à-dire par le produit du poids, par la hauteur à laquelle il est élevé. Dans les mouvements vibratoires, les vitesses étant alter-

nativement de signe contraire, il y a avantage à recourir aux forces vives pour exprimer le travail, car le produit est indépendant du signe, puisqu'il renferme le carré de la vitesse comme facteur.