CHAPITRE V

Mesures anciennes ; éprouvettes graduées. — Inscription des changements de niveau qui se produisent dans un vase où le liquide s'écoule. — Éprouvette flottante constituant un aréomètre inscripteur. — Rhéographe. — Courbes des variations du débit du coeur. — Courbes de la miction. • — Inscription des écoulements très-faibles et Irèsprolongés. — Courbes des volumes et courbes des vitesses; construction et avantages de chacune de ces courbes.

Mesure d'un écoulement à l'air libre.

La mesure d'un débit, c'est-à-dire de la quantité de liquide versé en un temps donné, se fait, en général, au moyen de vases ou d'éprouvettes gradués dans lesquels on reçoit le liquide qui s'écoule pendant un temps exactement connu. Deux ou plusieurs épreuves successives montrent si l'écoulement est uniforme, c'està-dire si, en des temps égaux, les quantités versées ont été égales, ou si au contraire l'intensité du débit a varié.

Non-seulement cette méthode est lente, mais encore elle est peu précise, car il est difficile de mesurer exactement le temps pendant lequel l'éprouvette a reçu le liquide; ce n'est qu'en faisant cette durée très-longue qu'on rend négligeables les erreurs commises dans l'évaluation du temps. Mais alors on ne peut avoir qu'une confiance très-bornée dans la signification des volumes mesurés, relativement à la régularité de l'écoulement. On peut concevoir que, pendant deux épreuves, toutes deux de même durée, une même quantité de liquide ait été versée, ce qui ferait croire que l'écoulement a été régulier, et que pourtant la vitesse avec laquelle ce liquide s'est écoulé ait été très-différente aux divers instants de ces deux expériences.

La méthode graphique permet d'éviter ces causes d'erreur, en même temps qu'elle simplifie les procédés de mensuration d'un débit de liquide. Nous allons indiquer ces différents procédés.

Inscription des cbangenienfs de niveau qui se produisent dans le vase où le liquide s'écoule.

Pour inscrire un débit de liquide, il suffit parfois de placer un flotteur sur l'éprouvette qui va se remplir et d'inscrire les phases graduelles de l'ascension de ce flotteur. Afin d'éviter les effets de l'agitation des liquides sous l'influence de l'écoulement et les trépidations qui s'ensuivraient du côté de la ligne tracée, il est avantageux d'employer deux vases communiquants dont l'un reçoit le liquide, tandis que l'autre conlient le flotteur. Cette disposition est représentée figure 116.

Si la somme des sections transversales des deux vases cori'cspond à un nombre simple de centimètres carrés, 20 centimètres carrés par exemple, une ascension de 1 centimètre éprouvée par le flotteur exprimera un débit de 20 centimètres cubes et ainsi de suite. Le déplacement du flotteur se transmet, à l'aide d'un fil, au chariot inscripteur de l'appareil dc'jà représenté. Quand le mouvement du flotteur est très-faible, comme cela arrive quand on se sert d'un flotteur de petite section, il faut un appareil inscripteur extrêmement sensible: nous allons décrire et représenter celui qui nous a fourni les meilleurs résultats^

L'emploi de deux vases communiquants présente un désavantage dans le cas où le débit qu'il s'agit de mesurer est peu considérable. En effet, la portion du liquide qui est dans le vase muni du flotteur est f^eule active pour produire l'inscription de l'écoulement. Plus la surface de ce vase sera grande, mieux seront assu rés contre les résistances passives les mouvements du flotteur et par suite ceux du style écrivant. Il est donc utile de faire le vase à flotteur assez large : de ne pas lui donner moins de 4 à 5 centimètres de diamètre.

Au contraire, l'emploi de deux vases communiquants est trèsprécieux quand on doit mesurer un débit considérable; cette disposition constitue un excellent moyen de réduire, dans un rapport connu, les indications de [l'appareil inscripteur relativement au volume du liquide écoulé.

Supposons que le vase qui porte le flotteur fasse parcourir au style écrivant 20 centimètres de chemin pour un litre de liquide versé ; si l'on met le vase à flotteur en communication avec un autre de même forme et de même capacité, il faudra un écoule-

Fig. IIG. Flotteur inscrivant les phases d'un écoulement de liquide.

ment de deux litres pour produire la même course; en donnant au deuxième vase une section transversale 99 fois plus grande que celle du premier, il faudra un débit de 100 litres pour produire le même parcours du style écrivant. Ainsi, ce procédé permet en réalité de sensibiliser ou de désensibiliser l'appareil in-

scripteur de l'écoulement d'un liquide et de régler les indications de cet appareil à une échelle convenable K

Un point important dans ces expériences, c'est d'assurer la liberté des mouvements du flotteur et d'empêcher celui-ci d'aller se coller aux parois de l'éprouvette sous l'influence de la capillarité, ce qui créerait des résistances notables à la transmission du mouvement. On obvie à ce danger en emplayantun flotteur percé d'un tube longitudinal que traverse un fil de métal fortement tendu. Ce fil sert de guide au flotteur qu'il maintient constamment au centre de l'éprouvette.

Une autre disposition pour inscrire les phases d'un écoulement de liquide est celle que Mosso a employée pour mesurer le déversement lié au changement de volume d'un organe immergé dans un liquide ^

C'est dans une éprouvette flottante que le liquide est recueilli. A mesure qu'elle s'emplit, l'éprouvette plonge davantage, à la façon d'un aéromètre à volume variable; elle transmet son mouvement à un appareil in scripteur qui, en traçant la courbe du plongement de l'éprouvette, trace, par conséquent, la courbe de l'écoulement qui s'est produit. Tout en conservant l'emploi de l'éprouvette plongeante, j'ai substitué au mode d'inscription employé par Mosso l'emploi du chariot horizontal qui trace sur le cylindre. Dans les expériences de ce genre, j'ai dû atténuer autant que possible les résistances dues aux frottements, afin que les mouvements du style obéissent bien fidèlement aux changements de niveau du liquide qui les commandent.

Voici- la disposition qui me satisfait le mieux jusqu'ici. Et d'abord, pour ne pas multiplier les appareils, celui qui, tout à l'heure, servait de flotteur inscrivant (fig. 116) va devenir, au besoin, éprouvette à immersion variable. Ce flotteur, en effet, est ouvert par en haut et présente une capacité cylindrique dans laquelle, au moyen d'un tube spécial, on fait arriver le liquide à mesurer. Le fil tendu qui traverse le tube intérieur de l'éprouvette la guide avec le moins de frottements possible.

1. C'est sur ce principe que sont établis les flotteurs destinés à inscrire les niveaux des fleuves et les hauteurs des marées. Le flotteur de ces instruments est placé dans un puits qui communique par un tuyau latéral, soit avec le fleuve, soit avec la mer, de sorte que les elTets du courant ou ceux de l'agitation des vagues n'arrivent pas jusqu'à lui.

2. Mosso, Von Einigen neuen Eigenschaften der Gefasswand. — Arbeiten aus Physiol. Lab. zu Leipzig, 1875, p. 158.

Enfin, pour faciliter les mouvements du style écrivant, je remplace le chariot dqjà connu par un curseur spécial qui glisse sur deux petits canaux, et qui est conduit par deux lils réfléchis sur des poulies semblables à celle de la machine d'Atwood. La figure 117 donne une idée de cette disposition qui peut s'appliquer à un trèsgrand nombre d'expériences, ainsi qu'on le dira plus tard.

On y voit, écrivant sur le cylindre, le style qui trace les mouvements du fiotleur sous rinfiuence d'un écoulement de liquide. A droite de la figure, on aperçoit le sommet du vase de verre B (fig. 116) qui contient le flotteur; le fil qui s'attache en haut de celui-ci se réfiéchit sur une première poulie d'aluminium, puis

Viji. 117. Slylc guide par iIps IloUeiirs sur deux canaux.

sur une seconde, après quoi, il redescend et soutient un contrepoids.

Chaque fois que le flotteur s'élève d'une certaine quantité, le contre-poids descend d'autant, et le fil, dans sa partie horizontale, se déplace, de droite à gauche, de la même quantité, en faisant tourner les deuv poulies qui sont extrêmement mobiles. Or, c'est dans ce mouvement que le fil entraîne le style inscripteur. Celui-ci fait partie d'un système flottant formé de deux tubes légers, fermés à leurs deux bouts et réunis l'un à l'autre par des traverses; ces deux tubes sont placés exactement dans l'axe de deux canaux remplis d'eau sur lesquels ils flottent avec une facilité extrême. Entre les deux canaux est une longue fente par laquelle descend une tige verticale qui se détache des flotteurs