CHAPITRE VI

IDÉE GÉ^éRALE DES DIVERS ETATS DES CORPS DANS LA THÉORIE DYNAMIQUE DE LA CHALEUR. — DE l'ÉLASTICITÉ.

La théorie la plus généralement acceptée jusqu'à ce jour par les physiciens sur la nature des co)rps est ainsi exposée par Poisson * :

« Toutes les parties de la matière sont soumises à deut espèces d'actions réciproques : une attractive, indépendante de la nature des corps,propor(ionnelle au produit des masses et en raison inverse du carré des distances; son action s'étend jusqu'à l'infini dans l'espace, et elle produit tous les phénomènes d'équilibre et de mouvement étudiés dans la méca^ nique céleste; l'autre est attractive ou répulsive, elle dépend de la nature des molécules et de la quantité de calorique qu'elles renferment ; son intensité décroît très-rapidement quand la distance augmente, et son action devient insensible, Mrsque la distance est à peine perceptible. Les corps^ sont formés de molécules séparées, c'est-à-dire de portions de matière pondérable, d'une grandeur inappréciable, séparées par des espaces vides ou pores dont les dimensions sont imperceptibles à nos sens. Les molécules sont tellement petites et voisines l'une deFautre, qu'une portion d'un corps qui en renferme un nombre extrêmement grand peut cependant être supposée extrêmement petite et son volume insensible... Indépendamment de la matière pondérable dont elle est formée, chaque molécule renferme en outre une certaine matière impondérable à laquelle on attribue la production des phénomènes de chaleur... La quantité de calorique répandue dans le vide doit être considérée comme insensible en comparaison de celle qui reste adhé-

• Journal de VÉcole pohjt.^ 20» cahier, p. 4.

rente aux molécules matérielles, puisque d'après les expériences de Gay-Lussac, en diminuant ou en augmentant rapidement le volume d'un espace vide, iL n*y a aucune variation de température. »

De plus, le calcul des forces altractives a 'montré que Tattraction exercée sur une molécule quelconque par toutes les autres molécules d'un corps, peut être considérée comme formée de deux composantes : la première est Faction de la masse totale; elle resterait la même si le corps considéré avait la forme sphérique, ou si toute sa masse était réunie au centre de gravité; la seconde dépend de la distribution de la matière elle-même, et varie nécessairement avec la forme du corps. Cette dernière produit les actions secondaires qui se manirestent seulement aux plus petites distances ; c'est elle qui, d'après les physibiens, déterminerait l'état solide et cristallin des corps. Quand, parla dilatation, les molécules se sont éloignées, ces actions cessent d'être sensibles, et l'attraction et la répulsion sont en équilibre ; alors le corps est liquide, et, finalement, devient gazeux lorsque la force répulsive du calorique est prédominante.

Telle est la façon d'expliquer l'état physique des corps dans la théorie admise jusqu'à présent, qui considère le calorique comme une substance. La doctrine de la matérialité du calorique étant abandonnée, il faut nécessairement admettre un principe à l'aide duquel on puisse expliquer la production des phénomènes attribués à la force répulsive, et ce principe ne sera autre que le mouvement vibratoire des molécules du corps lui-même* Quant à l'attraction moléculaire, nous conserverons, pour le moment, ce mot comme expression d'un fait, mais nous verrons à en donner l'explicalion en temps convenable, et nous montrerons alors comment cette attraction peut, elle aussi , prendre son origine dans le mouvement. Actuellement bornons-nous à remarquer que

4i DU CALORIQUE.

Poisson insiste sur l'absence complète de manifestations calorifiques dans le vide, fait très-favorable à la nouvelle théorie; car il est évident que si la matière manque on ne peut la trouver en mouvement. 11 reste donc à exposer comment nous devons concevoir le mouvement intérieur des corps.

L'expansibiiité indéfinie des gaz conduit naturellement à ridée que leurs molécules sont douées d*un mouvement de projection, et que, par suite, elles sont dans un état continuel de répulsion réciproque. Ce mouvement de projection résulte d'un choc éprouvé par les molécules, et celles-ci le conservent indéfiniment en vertu de leur inertie quand elles se trouvent dans un espace libre, alors elles se dilatent indéfiniment ; mais dans les récipients fermés elles se heurtent réciproquement et pressent les parois qui les renferment.

Dans ce conflit moléculaire, si les molécules matérielles étaient privées de toute force intérieure, leur mouvement s'éteindrait, et elles se réuniraient les unes aux autres, comme le sont les atomes des corps durs, suivant les mécaniciens. Aussi les auteurs de cette théorie, Clausius et « d'autres, ont-ils attribué aux molécules une certaine élasticité en vertu de laquelle elles peuvent rebondir lorsqu'elles choquent leurs voisines ou les parois des vases, de cette façon elles peuvent conserver toute leur force vive ; mais cette élasticité étant du genre des forces secondaires produites par d'autres forces primordiales, il est évident que, s'il est possible d'admettre son existensé dans une molécule composée, on ne peut faire de même quand il s'agit des atomes élémentaires. En effet, l'élasticité, conçue d'après les idées acceptées, suppose un espace vide dans Tintérieur de la molécule qui change de forme en se comprimant, pour revenir ensuite à sa figure première; or, nous regardons les atomes comme impénétrables, et non comme des réunions de particules solides, par suite ils ne peuvent

renfermer des espaces vides leur permettant dilatation et contraction. A la vérité, ce que nous appelons molécule d'un gaz simpUy c'est-à-dire chimiquement indecomposa^ ble, n'est pas un atome élémentaire, ou, tout au moins, peut ne pas en être un. Alors cette molécule gazeuse étant un agrégat de véritables atomes, il se peut très-bien qu'elle ait des pores intérieurs, et, en général, un certain nombre de propriétés qui n appartiennent pas à ses atonies constitutifs ; il n'est donc pas absurde de la supposer douée d élasticité. Huygens a admis cette hypothèse pour l'éther. A son avis, les particules éthérées sont composées d'autres plus petites; mais, en examinant les choses à fond, on voit que de cette manière on recule la difficulté sans la résoudre. Nous croyons pouvoir montrer qu'il n'est aucunement nécessaire d'accepter une semblable élasticité comme force primitive, et que la répulsion apparente des atomes et leur collision réciproque peuvent être rapportées simplement à un mouvement qui leur serait propre, pour cela il sufGt de les supposer en rotation. Prouvons-le.

Parmi les beaux théorèmes découverts par Poinsot sur la théorie du choc des corps en rotation, se trouve celui relatif à leur réflexion contre un obstacle résistant. 11 nous apprend que, par la seule rotation, corps dur et non élastique peut rebondir absolument comme un corps parfaitement élastique ; il y a mieux : un de ces corps, lancé contre un obstacle fixe, est souvent renvoyé avec une vitesse supérieure à sa vitesse initiale. Le subtil géomètre fait remarquer comment ce phénomène, paradoxal en apparence, est dû à la transformation d'une partie du mouvement rotatoire en mouvement de translation; d'où il résulte une augmentation de la vitesse du centre de gravité. D'après les théories ordinaires du choc, dans lesquelles on ne tient aucun compte du mouvement de rotation, la proposition précédente est absurde, et cependant elle est parfaitement

établie. Ainsi, à côté des cas de réflexion ordinaire se trou-

4G DU CVLORIQUB.

vent les phénomènes de progression, pour employer l'expression de Poinsot, on pourrait aussi les appeler réflexions 7îégatives,

Dans la rcHexion négative , après le choc , le centre de gravité du corps revient en avant avec une vitesse supérieure à celle qu'il possédait d* abord ^. Ces questions forment une branche toute neuve et très-intéressante de la mécanique; ils se démontrent facilement en composant les deux mouvements de rotation et de translation, considérés par rapport aux centres de gravité, de rotation et de percussion, et on arrive facilement à comprendre que, d'une façon générale y on puisse dire : un choc, quel qu'il soit, ne peut annihiler en même temps dans un corps les deux mouvements de rotation et de translation; car, si le choc est excentrique, il pourra détruire la rotation et non la translation, et si la direction du choc passe par le centre de gravité, il pourra anéîintir la translation, mais non la rotation. Ainsi, la quantité de mouvement perdue d'un côté sera gagnée de l'autre : la rotation pourra être ou changée de sens ou simplement accélérée, selon le point du corps qui sera frappé; d'où la notion des centres de conversion. On rencontre des exemples de réflexion, succédant au choc de corps en rotation, dans le mouvement des disques lancés par les discoboles, dans celui des palets lancés de façon à former des ricochets, dans les chocs imprimés aux toupies pendant leur rotation, etc. Les joueurs de billard savent parfaitement combien la rotation des billes modifie les lois du choc des corps élastiques établies dans les traités élémentaires.

Les sauvages de l'Australie, avec leur Boomerang, ob*

* Voyez Poinsot, Questions dynamiques sur la percussion des corps^ p. 21 et 29 du mémoire tiré à part, et aussi le journal de Liouville. On doit donner une très-grande attention au beau théorème qui lie tous les centres de gravité, de rotation, de réllexiou; de percussion et de conversion [page 36).

Fig. 4.

tiennent de remarquables mouvciuenis de rétroversion. L'arme ainsi nommée est faite d'un morceau de bois en forme de 7 allongé, un peu mince mais long (fig. 4). Ce trait, lancé d*une certaine manière, prend un rapide mouvement de rotation en décrivant sa trajectoire dans l'espace, frappe l'objet qu'on s'était proposé d'atteindre, et si le coup a été bien dirigé il revient tomber aux pieds du guerrier qui un instant avant le projetait à travers les airs. Bien plus, sans rencontrer aucun obstacle, le boomerang est souvent renvoyé par le seul effet de la résistance de l'air, et on peut facilement réaliser en petit dans une chambre un phénomène de ce genre en faisant usage d'un morceau de carton taillé suivant la forme indiquée ci-dessus.

Gela posé, nous pensons que si Ton attribue aux molécules des corps un mouvement composé, le mieux est de les supposer animées simultanément de rotation et de translation. De cette manière, on comprendra certains phénomènes dont rendaient difficilement compte les hypothèses admises jusqu'ici. En efTet, à bien examiner les choses, l'élasticité seule, avec les propriétés qu'on lui accorde ordinairement, ne suffit pas pour expliquer complélemenl les phénomènes de la propagation de la chaleur. En effet, un mouvement excité dans un milieu élastique , c'est-à-dire composé de molécules élastiques, ne peut jamais revenir en arrière, à moins qu'il ne rencontre un corps étranger faisant obstacle ou qu'il ne survienne en un certain point du milieu propagateur une variation de densité. Ce mouvc-. ment produit une onde toujours progressive. Or, les chosesi ne se passent pas ainsi pour le calorique : si l'on tient pen-

dant un certain temps une source de chaleur en contact avec l'extrémité d'un tube horizontal plein de gaz, ou d'une barre métallique, le mouvement calorifique se propage suivant la longueur, et, si on éloigne la source, rextrémité échauffée continuera néanmoins à présenter une température plus ou moins élevée. Le phénomène ne sera pas le mêm€ que celui observé sur une colonne d'air ou une verge métallique : mises en mouvement par un corps vibrant placé à une de leurs extrémités, cette partie revient au repos aussitôt le corps excitateur éloigné, ainsi que cela doit arriver dans un milieu doué seulement de la faculté de propager les mouvements à la manière des milieux élastiques.

Donc, pour la chaleur, il y a un mode spécial de transmission de mouvement, dans lequel le mouvement peut revenir en arrière et se commtiniquer dans tous les sens ; et il semble que ce mode de propagation ne soit autre que celui qui, dans les mouvements rotatoires, est dit transmission par projfressiaw, ou encore par conversion-

En effet, les molécules étant animées de rotation lorsqu'elles se rencontreront elles rebondiront après le choc soit positivement, soit négtivement, car leurs deux mouve* ments de rotation et de translation ne se détruiront pas de telle sorte qu'elles puissent rester accolées l'une à l'autre ; mais il n'en sera plus ainsi lorsque la rencontre aura lieu suivant Taxe de rotation. Si l'axe est permanent les mouvements s'entre-détruiront et les molécules se réuniront, si l'axe n'est pas permanent^ la juxtaposition des

* Dans les traités de mécanique, on distin^e deux cas dans te mouvement de rotation : ou bien l'axe autour duquel tourne le corps passe toujours par les mêmes points physiques, et alors il est dit permanent, ou bien il passe d'une série de poinis à une autre, et on le nomme alors axe non permanent ou instantané. Uu gyroficopef maintenu dans une situation fixe, tourne autour d'un axe qui, physiquement, est toujours le même; il présente un axe permanent. Lorsqu'un corps lancé à travers l'air pirouette sur lui-même, son axe change à chaque instant. Ainsi la terre, en vertu de son ipertie, de-