SUR

LA MACHINE A VAPJSÜIL

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PREMIÈRE LECO;

Sur les forces naturelles qui jouenH

dans les différentes modifications de l,a Machine à Valeur. . .

[1] Parmi les productions variées que.la nature destine aux besoins de l’homme, il n’en est que peu qui puissent y satisfaire dans l’état où la terre les offre spontanément. L air et 1 eau. exceptes, nous n en trouvons guère d’autre exemple. : les alimens eux-mêmes , dans le plus grand nombre des cas, exigent une culture et des préparations. Mais si , perdant de vue ces

{ premiers besoins de l’homme , nous vouons, nous élever aux çommodités de la vie

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civile et sociale, sans parler même des raffinemens et des exigences du luxe, nous trouverons bientôt que rien de ce qui peut contribuer à nos jouissances ne s obtient qu’à l’aide d’un travail considérable. Il est même incontestable que, dans la plupart des cas, les objets de ces jouissances empruntent tout ce qu’ils ont d’exquis , non pas à aucune qualité inhérente originairement à la substance naturelle qu’ils représentent,, ou dont ils ont. été formés, • mais aux qualités attribuées à cette substance par l’adresse et le travail de l’homme; voilà d’où sont nées les manufactures.

Dans toutes les transformations auxquelles sont soumises les productions brutes de la nature , pour s’approprier à nos besoins , nous retrouverons constamment le mouvement en première ligne , et comme un des principaux agens.

C’est ainsi, par exemple, que dans la conversion de la laine en étoffes , pour nos habillemens, il est indispensable de la réduire d’abord en fils, que l’on emploie eusuite pour en faire du drap. Pour cette transformation il faut avoir recours à un moteur. A l’effet ; de convertir la laine brute en fil , il est nécessaire d’obtenir un mouvement de rotation , dont une comtnu-

nication justement appropriée, fasse prendre à la laine la forme désirée. C’est encore d’une manière analogue , comme chacun sait, que de certains mouvemens particuliers imprimés aux fils , et qui leur font affecter un arrangement qui leur est propre , donnent naissance à l’étoffe.

Il est probable que , dans l’enfance des sociétés, les mouvemens nécessaires pour > les travaux' des manufactures encore éloignées de la perfection, sont communiqués par une application immédiate de l’agence manuelle. Mais l’observation et la réflexion ne tardèrent pas à suggérer desmbyensplus prompts et plus efficaces pour atteindre au but : si nous jetons autour de nous les yeux sur le monde naturel, nous apercevons des mouvemens variés qui nous frappent ; nous y voyons l’eau qui se précipite , et nous sentons le souffle impétueux des vents. La première idée qui s’offre à nous alors, nous suggère qu’il serait possible d’appliquer ces mouvemens aux travaux de nos manufactures, au lieu de mettre à contribution les forces des animaux. Ici cependant il se présente une difficulté. Nous avons besoin d’un mouvement d’une espèce toute particulière ; mais le vent ne soufflera pas , et l’eau ne

coulera pas dans la direction que nous souhaitons , mais bien selon les lois fixes de la nature. Il nous faudrait un mouvement de bas en haut , tandis que beau tombe de haut en bas , ou bien , c’est d’un mouvement circulaire que nous aurions besoin , et le vent souffle en ligne droite.

Les mouvemens qui existent réellement dans la nature' doivent donc être modifiés si nous voulons qu’ils s’approprient à nos intentions. Les moyens par lesquels ces modifications s’opèrent prennent le nom de machines. Une machine est parconséquent un instrument interposé entre quelque force naturelle , ou quelque mouvement semblable, et l’objet auquel on veut transmettre cette force ou ce mouvement; et cet instrument, doit être d’uue construction telle, que le mouvement naturel produise sur cet objet l’espèce de mouvement dont on peut avoir besoin.

Pour donner de ceci un exemple extrêmement simple et évident, supposons qu un mouvement circulaire ou de rotation soit demandé, et que la seule force naturelle qui soit à notre disposition consiste en une chute d’eau perpendiculaire. Dans ce cas., on a recours à une roue qui porte sur sou limbe des cavités ou augets : l’eau, dans sa

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chuté , est reçue dans ces augets sur l’un des cotés de la roue , et^ •venant à se dé-* charger au point lé plus ba§ * les augets maintenant vides remontent a.u côté- opposé. L’effet de ceci , v est qu'il se trouve continuellement une chargé d’eaiï qui

Î iresse sur l'un des côtés de la roue, pour ’en traîner, tandis que le côté, opposé reste, libre ; d’où résulte une rotation non interrompue.. "* ' ■ ' ;

Donc que , dans toute espèce de machine , la nature , et- les propriétés de là force à laquelle elle emprunte son mouvement doit devenir le premier sujet de considération ; cette force , quelle qu’elle soit, s’appelle le premier moteur* . .< Dans là machine à vapeur," le premier moteur que l’on emploie dependde certaines propriétés mécaniques de -l’air, atmosphé-r rique, <et de celles de la vapeur qui-, à l’aide de la chaleur s’élève ‘des liquidés. Un tableau succinct de ces propriétés contribuera beaucoup à faire entendre clairrement et facilement l’action de ces machines. C’est pourquoi nous jious proposons, dans cette - leçon,- d’expliquer les principales propriétés- de l’air et de la vapèur, auxquelles nous aurons par la s.uite occasion 'de référer. -, ' .

- I. Des Propriétés mécaniques de V Air.

- [2] L’ Atmosphère est ce fluide rare et transparent dans lequel nous vivons et nous' mouvons, et qui, fournissant à la respiration , soutient la vie dies animaux.

Ce fluide est en apparence si léger, et ses moléeules sont tellement atténuées, que

donc éprouver quelque surprise en affirmant que , non-seulement c’est un corps , mais un corps doué d’une pesanteur considérable. Nous pourrons effectivement prouver que, sur chaque pouce cq,rré de surface (*), il exerce un poids d’environ

14 livres; . ;• -

. {5] Prenez -un tube de verre À B { fig's 2 ) qui ait pius de 28 pouces de long , et qui soit ouvert . à l’une de sfes ext rémites À ÿ et fermé à d’autre extrémité B :

remplissez— le dé mercure * ptocurez-Vods

’ a . , . « t, . U * a t • . tm *

, (*) Comme nous aurons de fréquentes occasions de parler dn pouce carré, il sera bon que le lecteur se rende cette expression familière.: c’est un carré dontchaqué coté est d’un pouces tel que ABCD, Jtg. •’

1 on pourrait douter au premier aperçu si c’est en réalité un corps. Nous ferons

aussi un vase de verre ou cuve G, contenant du mercure. En appliquant le pouce en A, de manière à empêcher le mercure de s’échapper du tube , renversez-le , et plongez dans le mercure l’extrémité fermée par Te pouce. Quand l’extrémité du tube sera au-dessous de la surface du mercure en C ( fig. 3) , ôtez votre pouce de dessus.

Vous verrez que le mercure contenu dans le tube ne tombera pas, comme on aurait pu s’y attendre , jusqu’au niveau du mercure de la cuve C , ce qui aurait lieu si l’extrémité B était restée ouverte, de manière à admettre de l’air dans la partie supérieure du tube. D’un autre, côté, la ligne, de niveau D du mercure dans le tube, sera d’environ 28 pouces au-dessus du niveau C du mercure dans la cuve.

[4] La cause de cet effet est que le poids de l’atmosphère porte sur la surface C du mercure dans la cuve , et tend par conséquent à exercer une pression qui la soulève, ou plutôt qui empêche la chute du mercure contenu dans le tube ; et comme cette ehute n’est pas aidée par le poids de l’atmosphère sur la surface D ( puisqu’en B le tube est fermé ) , il s’ensuit qu’il reste autant de mercure en suspension dans le tube au dessus du niveau C , que le poids

de l’atmosphère est susceptible d'en soutenir». - ' ‘

Si nous supposons la section du tub ( e d'un pouce carré , le poids de la colonne de mercure dans le tube au-dessus du niveau C r sera exactement égal au poids de l’atmosphère ^ sur chaque pouce carré, de la surface C. La hauteur du niveau D audessus de C , étant d’environ 28 pouces, et une colonne de mercure de deux pouces de hauteur, ayant une base d’un pouce carré,

Ï tesant environ une livre', 1 dl s’ensuit que e poids avec lequel l’atmosphère presse sur chaque pouce d’une - surface plane , est d’environ 14 livres.

C’est un appareil ainsi construit et muni d’une échelle indicative de la hauteur du niveau D au-dessus du niveau C , qui constitue le baromètre ordinaire . La différence entrç ces niveaux est sujette à une petite variation, qui indique un changement correspondant dans la pression atmosphérique; mais nous prenons ici pour terme moyen , l’étalon de 28 pouces.

• ' [h] 'Une des propriétés reconnues des fluides , c’est qirils pèsent ou pressent également dans tous les sens ; et l’air, comme tout autre fluide, participe à cette propriété. D,’où il suit que, puisque la pres-

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sion de haut en bas , c’est-à-dire, le poids de l’atmosphère, est d’environ 14 livres, sur chaque pouce carré, les pressions de Las en haut, latérale et oblique sont. les mêmes. Mais, indépendamment du principe général , il pourra sefnbler convenable d’en donner, une preuve expérimentale.

Construisez quatre tubes en verre A, B, C, D ( Jig . 4)', d’une longueur suffi- .

saute , fermés à l’une de leurs extrémités A, B, C, D, et ouverts à l’autre extrémité, Courbez les extrémités ouvertes de trois d’entre eux, comme cela est représenté par les tubes B ,„C , D. Ces tubes étant préalablement remplis de mercure , retournez-les tous avec précaution , de manière que leurs extrémités fermées se trouvent relevées comme on l’a représenté. Il arrivera que le mercure se soutiendra également dans tous (*) , et que la différence dans les niveaux sera égale , pour tous.-' Ainsi donc le merciire est jsoutenu dans lé tube A, par l’effet de la pression de l’atmosphère de- bas en haut, dans le tube B par sa pression horizontale ou latéral ;

(*) Gette* expe'riencé, faite avec le tube A , exige des précautions .dans- l’exécution,- et lé tube doit être 'd’un petit calibre.

V'oppnr.

d^fole tube C, par la pression de haut en bas , et dans le tube I) , par l’effet de la

.pression oblique ; et comme la différence

• dans les niveau? est la même pour tous , pn, en peut conclure que toutes ces pressions sont exactement égales. •

[6] Dans l’expérience décrite en [S], l’espaee B D {fig. 3) c’est-à-dire le haut du tube . duquel est tombé le mercure , se trouve parfaitement vide , et ne contient plus ni

• air , ni aucun autre fluide. On a donné par conséquent à cet espace le nom de vaciuim.

Néanmoins, si une petite quantité d’air est introduite dans cet espace * il commencera immédiatement à exercer tfne pression sur D , laquelle causera l’abaissement de la surface D , et c£t abaissement continuera jusqu’à v ce que la colonne de mercure C D soit tellement diminuée, que le poids de l’atmosphère suffise pour la soutenir, ainsi que pour faire équilibre à la pression exer* cée svê lui par l’air-, dans l’espace BD. <

.'La quantité de mercure qui s’échappe du. tube dans ce cas, éauivaut nécessairement à la pression de 1 air introduit , en sorte, que la pression de cet air peut-être exactement évaluée , en la fixant à environ une livre par pouce carré , par' chaque deux pouces de 'chute du mercure dâns le

tube. La pression de l’air ou de tout autre fluide, au-dessus du mercure contenu dans le tube, peut-être facilement déterminée au moyen de la comparaison de la hauteur du mercure dans le tube, avec la hauteur du baromètre; la différence dès hauteurs déterminera, dans tous les cas, la pression exercée sur la surface du mercure dans le tube. On verra que ce principe est d’une certaine importance dans la considération de l’action des modernes machines à vapeur.

L’air que nous avons supposé introduit dans la partie supérieure du tube, presse sur la surface du mercure, avec une fprcq beaucoup plus grande que son po}ds. Par exemple, si l’espace B D (fig. 3) se trouvait rempli d’air atmosphérique , dans son état ordinaire , il exercerait une pression sur la surface D, égale à la pression totale de l’atmosphère, encore bien que sort poids pût n’étre pas même d’un grain, La'propriété en vertu de laquelle l’air exerce cette pression, est connue sous le nom d ’ élasticité , et cette force diminue précisément en proportion de l’augmentation de l’espace qu’il occuj>e.

C’est ainsi que l’on sait , par exemple , que l’air atmosphérique, dans son état or-

flirt a ire, exerce une pression sur. la surface des vqiifcseaux dans lesquels ilest contenu , qti’on peut évaluer à 14 livres, sur chaque pouce carré. Mais si la capacité de ce vaisseau iûent à se doubler , le même air s’étend immédiatement, et remplit cet espacé double , et par cè changement , il ‘perd* moitié de sa. force élastique, et ne presse plus qu’avec celle de 7 livres, sur çhaque pouce carré. Si la capacité du même Vaisseau était quintuplée, l’air y contenu le remplirait également, mais il n’exercerait plus qu’un cinquième de. sa pression primitive, c’est-à-dire, qu’il ne pèserait plu^ qu’un peu moins de 5 livres sur chaque pouce carré. \

• Cette propriété, qui a l’air de perdre de sa force élastique à proportion de l’augmentation de son vqlume, ne lui appartient pas exclusivement. Elle est commune à tous les fluides élastiques, et nous la retrouverons dans la vapeur. Il faut de toute nécessité faire compte de cette propriété, pour l’estimation des effets de cet agent. ;*• '

[7] Il y a beaucoup d’exemples des effets de ces. propriétés de l’air atmosphéri— . que , et nous avons continuellement occasion do les observer. Si l’on bouche à

-la fois la tuyère et le trou de la soupape d’un soufflet, il faudra une force cônside-rable pour en écarter les feuillets. Cet effet est dû à la diminution de là force élastique de l’air qui reste entre les feuillets , à la moindre augmentation de l'espace inté— « rieur, tandis que l’atmosphère continue à

Ï >resser toujours avec la même forée sures surfaces extérieures des feuillets.' Si l’on écarte ceux-ci, de manière à doubler l’esfJace intérieur, la force élastique de l’air contenu dans les soufflets , sera alors d’environ 7 livrés sur chaque pouce carré, au lieu que la pression sur, lès surfaces extérieures restera de' 14 livres ; -par conséquent, il faudra autant d’effort pour v soutenir les feuillets dans cettfc position; qu’il en faudrait pour les séparer, si char cun des feuillets était appliqué contre Tau tre par une pression de 7 livres sur les surfaces extérieures.

Quand les enfans appliquent un ntorceaude cuir mouillé sur une pierre r de manière à ne pas permettre qu’il reste d’airentre deux, la pierre, fut-elle d’un poids considérable , pourrait être sduleyée au moyen d’une corde attachée .au cuir; ce n’est qu’un effet /le I* pression atmosphé—.

rique , qui maintient' le cuir et la pierre

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