CHAPITRE II

CHRONOGRAPHIE

Notion des relations de temps; chronomètres; pointage sur un papier qui se déplace. — Clironographie; cylindres tournants et régulateurs. — Contrôle du mouvement d'un cylindre au moyen du diapason. — Chronographe. — Transmission des indications chronographiques. — Des signaux. — Signaux électriques. — Signaux à air. — Applications de la chronographie ; détermination de l'instant où se produit un phénomène. — Erreur personnelle. — Mesure des durées. — Successions ou synchronisme. — Fréquence. — Régularité. — Périodicité.

Pour l'estimation des phénomènes de courte durée, l'emploi des chi'onomètres les plus parfaits trouve sa limite pratique dans l'insuffisance de nos sens. Si l'aiguille d'un de ces instruments parcourt le cadran, en s'arrêtant à toutes les secondes ou à tous les quarts de seconde, on a peine a reconnaître la position exacte qu'elle occupe au début et à la fin d'un phénomène ; une erreur d'un quart de seconde est alors très-facile à commettre. On doit donc considérer comme un progrès notable l'emploi du chronomètre à pointage : l'aiguille, chargée d'encre à sa pointe, s'applique contre le cadran par la pression d'une détente et laisse la trace de la position qu'elle occupait à un premier instant; si l'acte qu'on doit mesurer présente une certaine durée, on provoque un second pointage au moment où il finit, et l'on trouve sur le cadran deux points séparés l'un de l'autre par un nombre de divisions qui mesure le temps écoulé. .

Le principal avantage des chronomètres à pointage, c'est qu'il n'est pas nécessaire d'en regarder le cadran pendant la durée d'une observation ; une simple pression du doigt au moment où le phénomène commence, une autre au moment où il finit, suffisent pour en déterminer la durée.

Mais, si le temps à mesurer excédait un tour de cadran, s'il correspondait à un grand nombre de tours par exemple, une autre difficulté naîtrait, car on risquerait de commettre une erreur sur ce nombre. Le pointage du temps doit alors se faire sur un papier qui chemine avec une vitesse connue, et dont la longueur soit fort grande ^

La difficulté principale, dans ces mesures graphiques du temps, c'est d'avoir, pour y pointer les signaux, une surface animée d'une vitesse parfaitement régulière ou parfaitement connue.

Chronograplilc.

C'est tantôt une plaque animée d'un mouvement de translation suivant son plan, tantôt un cylindre tournant qui reçoit le tracée

Fig-, 01. Cylindre tournanl, muni d'un .régulaleur de Foucault. L'appareil est représente au moment où l'on noircit le cylindre à la fumée.

Cette dernière disposition est la plus ordinaire, à cause de la commodité qu'elle présente pour recueillir des courbes.

]. C'est ainsi qu'Hytelwein, voulant compter le nombre de coups frappés en un temps

GHRONOGRAPHIE. ' 135 Sur un cylindre de métal (fig. 61), on dispose une feuille de papier bien lisse qui le recouvre entièrement et dont les deux bords sont collés d'un bout à l'autre. On noircit à la fumée d'une bougie ou d'une lampe la feuille de papier, en promenant lentement cette flamme tout le long du cylindre, pendant que celui-ci tourne avec une vitesse d'un tour environ par seconde. Quand le cylindre est parfaitement noir, on possède une surface sur laquelle le moindre

Fig. 62. Régulateur de Y. Villarceau.

frôlement laissera sa trace; ainsi, le passage de l'aile d'un insecte enlève le noir qui recouvre la feuille et laisse en blanc la marque de son contact.

Quand les signaux sont pointés sur le cylindre, si l'on juge à

donné par un bélier hydraulique, fit défiler une longue bande de papier sur laquelle chaque coup venait laisser sa trace. On pouvait lire, à la fin de l'expérience, le nombre de coups de bélier frappés en une heure ou en une minute, si la vitesse de translatioo était exactement connue.

propos de conserver la feuille, on fixe les tracés en les trempanl dans un vernis. (Voir pour les détails de ces opérations, Technique, chap. II.)

Pour obtenir l'uniformité parfaite du mouvement de rotation imprimé au cylindre, on se sert d'un mouvement d'horlogerie muni d'un volant régulateur. La figure 61 représente le cylindre entraîné par son rouage d'horlogerie, muni d'un régulateur Foucault. Dans cette figure, on voit se faire l'opération du noircissage à la flamme d'une bougie de cire.

Un autre régulateur qui semble plus précis encore que celui de Foucault est celui de Villarceau (fig. 62), qui présenterait en outre cet avantage, de pouvoir prendre des vitesses qui varient, du simple au double, suivant que l'appareil est incliné ou vertical. Enfin, Helmholtz a imaginé un régulateur électrique qui, paraît-il, est également d'une précision très-grande.

Lorsque les besoins d'une expérience exigent qu'on imprime au cylindre une rotation plus on moins rapide, on obtient ces variations en adaptant le cylindre à l'un ou à l'autre des trois axes qui sortent de la platine du rouage. L'axe supérieur fait son tour en une seconde et d»mie, l'axe moyen le fait en 6 secondes, l'inférieur en une minute.

Chronographes.

Les appareils qu'on vient de décrire impriment au cylindre une vitesse régulière que l'on connaît, une fois pour toutes, et qui permet d'estimer aisément une durée d'après la longueur du papier qui a cheminé entre deux signaux; mais ces instruments sont coûteux. Il est souvent plus simple de renoncer à l'uniformité parfaite du mouvement du cylindre et de la remplacer par un contrôle incessant de la vitesse avec laquelle il tourne. A cet effet, on se sert de chrono graphes, appareils que nous allons décrire. Tous les chronographes ont pour but d'imprimer à un style traceur des vibrations isochrones d'une fréquence connue, de façon que le nombre de vibrations inscrites entré deux signaux exprime le temps qui les sépare.

On a vu que Thomas Young imagina de faire inscrire sur un cylindre tournant les vibrations d'une verge métallique munie d'un style léger; puisque ces mouvements sont isochi'ones, chacune des ondulations tracées sur le cylindre correspond à une

CHRONOGRAPHES. 137 division du temps toujours égale à elle-même. Duhamel employa le diapason (fig. 63) au même usage ; ce fut un nouveau progrès dans

Fig. 63. Tracé d'un diapason chronographe donnant 10 vibrations doubles par seconde.

la chi-onographie. On peut, en effet, savoir avec une exactitude extrême le nombre de vibrations qu'un diapason exécute en une seconde : cela tient à la précision avec laquelle on compare entre eux et on règle ces instruments, soit par la méthode optique de Lissajous, soit par la méthode acoustique (méthode des sons résultants) de Kœnig *.

Suivant l'approximation avec laquelle on veut mesurer le temps, et surtout suivant la vitesse du cylindre sur lequel on inscrit les signaux, on doit prendre des diapasons dont les nombres varient. Les diapasons de 50 à 500 vibrations par seconde sont les plus fréquemment employés ^

Quelquefois il faut avoir des divisions du temps plus grandes ; le dixième de seconde exige des instruments en général assez volumineux et encombrants. Il serait alors impossible d'inscrire simultanément les vibrations du diapason chronographe et les signaux correspondant au début et à la fin du phénomène que l'on veut étudier. Pour remédier à cet inconvénient, j'ai imaginé deux moyens de transmettre les vibrations du diapason chronographe à des appareils de petit volume qui écrivent sur un cylindre tournant. L'une de ces transmissions se fait par des tubes à air, l'autre par l'électricité.

1. Kœnig m'a fait constater, par la méthode des battements, U parfait unisson de diapasons qui donnaient plus de 20 000 vibrations doubles par seconde.

2. Dans la figure 63 on a fait écrire le même diapason avec deux vitesses différentes de la rotation du cylindre; les vibrations les plus nombreuses sont nécessairement celles qui s'écrivaient pendant la plus petite vitesse de rotation. En comptant le nombre de vibrations qui sont contenues dans une grande, on a la relation des deux vitesses du cylindre.

l'38. APPAREILS INSCRIPTEURS DES MOUVEMENTS.

Vibrations d'uB diapason transmises par l'air et inscrites à distance.

On a vu page 126 comment le mouvement d'un levier, agissant sur la membrane d'un premier tambour, se transmet à distance à un second tambour qui l'inscrit. Supposons que la membrane du premier tambour soit reliée à l'une des branches d'un gros diapason qui vibre, les vibrations se transmettent au tambour à levier iiiscripteur qui tracera sur un cylindre tournant la même figure qu'y eût inscrite le diapason lui-môme.

Or, ce tambour à levier, figure 64, est peu encombrant et peut se placer à côté d'autres appareils semblables qui écrivent dif-

Fig. 64. Tambour à levier de petites dimensions se disposant facilement a coté d'autres appareils inscripteurs (denu-longueur).

férents mouvements dont la durée sera dès lors très-facile à estimer. (Voir pour les détails de la construction du tambour à levier^ Technique, chap. n.)

Transmission des vibrations du diapason par l'électricité.

Entretenir par l'électricité les vibrations d'un diapason est un problème depuis longtemps résolu par Helmholtz, Regnault, Foucault el plusieurs autres physiciens.

Les vibrations du diapason ouvrent et ferment tour à tour un circuit voltaïque ; or, si l'on place sur ce circuit un petit apparei. formé d'un style léger, muni d'une armature de fer et soumis à l'action d'un électro-aimant, les ruptures et clôtures du courant produites par le diapason imprimeront au style un mouvement vibratoire qui s'inscrira sur le cylindre.

La figure 65 montre la forme du chronographe électrique qui peut s'employer aussi facilement que le tambour à levier repré-