TRAVAIL MÉCANIQUE

ployait pour exprimer les variations du commerce d'Angleterre : les ordonnées de ces courbes correspondaient à l'importation dans la série des années; l'aire à la valeur totale de l'importation pendant cette série d'années. Or, dans l'exemple de Playfair, la statistique numérique eût pu donner le produit total de l'imporlati'on pendant un certain temps; il eût suffi d'additi-onner la série des sommes annuelles ou de multiplier la valeur moyenne de l'imporlalion par le nombre des années. Mais combien moins instructive eût été cette expression arithmétique comparée à la courbe graphique qui retrace toutes les variations du phénomène? lien est de même dans toute détermination expérimentale du travail : aussi bien en joliysiologie qu'en mécanicjue, le but qu'on devra se proposer sera d'avoir l'expression graphique du travail, afin d'en savoir non-seulement la valeur totale, mais de connaître aussi la forme sous laquelle il a été produit.

J. Watt a conçu et réalisé l'inscription du travail dépensé par la vapeur dans le cylindre d'une machine. Le problème à résoudre était le suivant : construire une courbe dont les ordonnées expriment les valeurs successives de la pression de la vapeur dans le cylindre et les abscisses les chemins parcourus par le piston. A cet elTct, Walt faisait agir la pression de la vapeur sur une sorte de manomètre à ressort qu'il nommait fu(//cn;e;o', et qui conduisail un style traceur parallèlement à la génératrice d'un cylindre; l'étendue des excursions du style, c'est-à-dire les ordonnées, étaient sensiblement proportionnelles aux valeurs successives de la pression de la vapeur. D'autre part, le cylindre recevait un mouvement de rotation alternatif commandé par le va-et-vient du piston. Les aires ainsi obtenues correspondaient par conséquent au produit des elCorts de ta vapeur par le chemin du piston; elles étaien! donc, d'après la délinilion, la mesure du travail elTectué par la vapeur.

Toutefois, si les courbes fournies par VimUcateur de Watt correspondaient sensiblement à la mesure du travail effectué, elles présentaient l'inconvénient d'altérer légèrement la forme de ce travail, car l'inertie des pièces de l'appareil lui imprimait certaines vibrations dont la figure montre l'existence Marcel Deprez a imaginé une méthode qui supprime ces inconvénients; nous en parlerons à ])ropos des imcriptions successives. (Yoy. lY'' Partie, chap. Y, p. 411.)

Poncelet imagina une disposition qui i)ermet d'obtenir l'exprès-

sion graphique du travail développé dans la traction des voitures. La machine, réalisée par le général Morin, a rendu de grands services à l'industrie. Elle consiste essentiellement en un dynamomètre traceur inscrivant sur une bande de papier qui marche sous l'influence de la translation du véhicule et se déplace, à chaque instant, d'une quantité proportionnelle au chemin parcouru. A cet effet, le mouvement de la roue elle-même se transmet, par l'intermédiaire de rouages réducteurs, jusqu'à un rouleau qui entraîne le papier.

Une modification du dynamomètre, lui permettant d'exprimer l'effort développé par la rotation d'un axe quelconque, a réalisé l'inscription du travail de toute machine industrielle.

Tels sont les moyens de déterminer graphiquement une production de travail mécanique; nous allons voir comment ils peuvent résoudre certains problèmes de physiologie et quelles modifications ils doivent recevoir pour se prêter à certaines applications.

Iiiscriplinn du triivail niusciilairc.

L'essence de l'action des muscles est d'être alternative,- un vaet-vient la compose; après la contraction survient le relâchement qui remet le muscle en état de travailler de nouveau. Cette condition rapproche le travail d'un muscle de celui du piston d'une machine. Mais, dans une machine dont le travail est réglé, tous les coups de piston sont semblables, de façon qiie le travail développé par l'un d'eux, multiplié par le nombre des coups de piston, exprime le travail total. Dans les muscles, au contraire, la volonté peut commander des efforts plus ou moins énergiques, des mouvements plus ou moins étendus. Pour mesurer le travail des muscles, il faut donc, autant que possible, produire des actes semblables entre eux. On atteindra sensiblement ce buten réglant te rhythme de ses muscles, quand on agit au moyen d'une corde pour hisser un poids qu'on retient ensuite pendant qu'il redescend. Si les mouvements qu'on exécute sont bien rhythmés, de manière que toutes les élévations et tous les abaissements du poids se lassent avec la même vitesse, le travail produit dans chacun d'eux sera sensiblement le même, et on pourra le mesurer par une méthode analogue à celle qui sert pour déterminer le travail des machines.

TRAVAIL MUSCULAIRE. 299 La disposition suivante m'a servi à obtenir des courbes du travail musculaire.

Il s'agit de soumettre ces mouvements à deux sortes de mesure : l'effort développé et le chemin parcouru à chaque .instant. Velfort se mesure au moyen de l'appareil représenté figure 153; c'est un dynamomètre dont les indications, transmises par un tube à air, s'inscrivent au moyen d'un tambour à levier.

Une forte monture de fer est munie de deux anneaux, dont l'un A s'applique à la force motrice et l'autre B à la résistance. Ce dernier prolonge la tige d'un piston maintenu en équilibre entre deux ressorts-boudins, donl l'un, plus résistant, supporte tout l'effort de la traction. De l'autre côté du piston, la tige se con-

Fig. i,)3. Dynamogroplip inscriYont à dislance les efforts de traction.

tinue jusqu'à une membrane de caoutchouc qui ferme une caisse métallique.

Toute traction sur la tige du dynamomètre attire la membrane élastique et raréfie l'air de la caisse. Des alternatives de raréfaction et de compression de l'air contenu dans cette caisse se produisent suivant que la force de traction augmente ou diminue ; cela donne naissance à une soufflerie qui se transmet à Iravers un tube de caoutchouc, jusqu'à un appareil chargé de l'inscrire sur un cylindre tournant.

Dans le tracé qu'on obtient ainsi, la courbe s'élève d'autant plus haut que l'effort de traction développé est plus énergique. On gradue l'instrument en le soumettant à des tractions connues et l'on construit l'échelle qui sert à en évaluer les indications. Sur cette échelle, les hauteurs sont très-sensiblement proportionnelles aux poids employés à produire la traction, quand l'effort varie entre 1 et 36 kilogrammes. ,

Soit donc à inscrire le travail produit par le soulèvement d'un l)oids au moyen d'une })0ulie.

: Entre la main et l'extrémité de la corde sur laquelle on agit, se place un dynamographe à transmission dont les indications sont inscrites par un tambour à levier sur un cylindre.

Or, ce cylindre doit se mouvoir proportionnellement aux alternatives d'élévation et d'abaissement du poids, afln que, dans les courbes, les chemins parcourus se lisent sur l'axe des x. Rien de plus facile que de lui imprimer ce mouvement alternatif par un procédé analogue à celui que Watt employait pour l'inscription du travail de la vapeur dans une machine. Il suffit d'utiliser la rotation alternative de la ])oulie et de la transmettre, après l'avoir <îonvenablement réduite, au cylindre sur lequel s'écrit la pression.

En tirant lentement sur la corde, on obtient la figure 154, dans laquelle la courbe supérieure représente l'effort développé à chacune des phases de l'élévation du poids ; la courbe inférieure, l'clfort développé dans la descente. -Le travail d'ascension sera mesuré par l'aire que la courbe supérieure limite par en haut*.

Analysons les différents détails de cette courbe : om est tracé par le dynamographe et mesure l'effort nécessaire pour soutenir le poids; celui-ci, n'ayant aucune vitesse pendani cette phase, la ligne tracée est parfaitement verticale. En m, la force de traction excède la pesanteur et s'élève en a, en même temps que le déplacement imprime au cylindre un mouvement de rotation. Au point e, l'effort diminue ; la pesanteur reprend sa supériorité et le poids redescend lentement; le tracé suit la direction ebm"^. Dans cette figure, l'air de omaex correspond au travail dépensé par les muscles pour élever le poids; ombex est le travail que le poids a fait pour tendre les muscles pendant la descente. On

1 . Je n'ai pii faire jusqu'ici qu'un petit nombre d'expériences, et les appareils d'essai •dont je me suis servi étaient fort imparfaits. Toutefois il m'a paru évident qu'en poursuivant ces recherches on arriverait bien vite à des résultats précis.

2. J'ai dit que les instruments n'étaient pas encore construits correctement, c'est pour ■cela que le point e se trouve un peu plus haut que m, tandis qu'il devrait être sur le même niveau horizontal.

TRAVAIL MUSGULAIRK. 301

voit que dans l'ascension il y a eu plus de travail développé. Cela lient à ce que l'efïbrt des muscles excédait le poids dans l'ascension, tandis qu'une partie seulement du poids agissait contre les muscles dans la descente.

Quand l'etïbrt musculaire est destiné à tendre un ressort, les choses se passent un peu différenimenl ; l'etforl reste sensiblement le même dans les deux phases du mouvement.

On a pris un fil de caoutchouc un peu long et après l'avoir tendu, on en a fixé l'extrémité à une corde qui était attachée au dynamomètre. Le fil est tendu avec une corlaine force que devra

atteindre l'effort dynamométrique uni

(fig. 155) avant que l'allongement se produise. A l'instant om le fil s'allonge et le cylindre commence à tourner, fendant cette traction, la force élasli- (jue du fil croît un peu, ce qui fait que la courbe du dynamographe s'élève en se portant de m en e. On diminue l'effort de traction exercé sur le fil, et le trait repasse par les mêmes points l)Our arriver en m et retomber en o.

Dans un autre cas (fig. 156), on a procédé d'une manière brusque en boulevant un poids au moyen d'une poulie. L'effort a d'abord été considérable à cause de l'inertie du corps et s'est élevé de m en n ; mais, à ce moment, le corps ayant acquis une certaine vitesse, s'est élevé quoique l'effort diminuât, comme le montre l'inflexion de la courbe. Celle-ci se relève encore à la fin pour remonter à e, parce que le corps retombe de son poids sur les muscles encore tendus.

Dans la phase inverse, les choses se passent inversement, il n'est pas nécessaire de donner plus de détails à cet égard.

lEn résumé, l'effort d'un muscle est réglé par les résistances qu'il rencontre : inertie des masses, frottements, forces élastiques, telles sont les causes qui font varier continuellement l'intensité de l'effort. . . . . -

ig. 156. Travail produit dans valion brusque d'un poids, suivie ( descente brusque.

La volonté peut commander et la fibre musculaire exécuter les mêmes actes dans deux contractions successives, et pourtant ces deux contractions feront des quantités de travail très-différentes si l'une rencontre beaucoup de résistance et l'autre très-peu.

Destruction du travail laoteur pav les chocs.

L'effort que développe un muscle par sa contraction ne peut pas dépasser un certain maximum; or il arrive parfois que les résistances à vaincre excèdent cet effort possible; alors les actes musculaires s'accomplissent sans production de travail extérieur; le muscle se tend lui-même et s'échauffe sans déplacer l'obstacle qui s'oppose à son raccourcissement. Quelquefois, pendant qu'un mouvement se produit, la résistance s'accroît subitement. Ainsi quand on traîne une voiture sur un sol inégal, sur un pavé irrégulier, l'insuffisance de la force pour vaincre la résistance existe ici comme dans l'exemple précédent et constitue une perte de travail. Un brusque temps d'arrêt s'observe dans le mouvement commencé ; c'est ce qu'on appelle un choc. Les mécaniciens savent tous qu'il faut éviter ces chocs dans les machines, sous peine de perdre une notable quantité de travail. J'ai pensé que, dans la traction des fardeaux, ces pertes devaient fréquemment se produire et qu'en essayant de les empêcher on réaliserait une économie du travail de moteurs animés.

Économie du travail moteur réalisée en appliquant les forces intermittentes par l'intermédiaire d'un corps élastique.

On trouvera dans un autre travail *■ les expériences qui m'ont servi à démontrer l'importance que présente l'emploi d'organes élastiques pour transmettre des efforts discontinus, ou pour surmonter des résistances d'inertie. Voici par quelles expériences j'ai donné cette démonstration.

Si l'on se souvient que les résistances d'inertie croissent comme le carré des vitesses, on comprend que l'action d'un muscle qui serait deux fois plus brève que celle d'un autre éprouverait une

L Trav. du labor., 1'= année, p. 1.