CONSERVATION DE L'ÉNERGIE

L'ancienne physique admettait que, dans les phénomènes du choc et da frottement, il y avait de la force perdae. On n'avait pas l'idée de chercher l'équivalent du mouvement qu'on voyait disparaître dans la production de phénomènes caloriques, lumineux ou électriques. La physique moderne affirme que la somme des mouvements actuels ou virtuels reste la même. Elle affirme qu'un mouvement mécanique qui disparait peut se transformer en un mouvement moléculaire, et, par l'intermédiaire du mouvement moléculaire, en un mouvement éthéré. Pour bien entendre cette affirmation deux remarques sont nécessaires.

l"" On entend, en mécanique, par quantité de mouvement, le produit de la masse d'un corps par sa vitesse, produit dont rexpression algébrique est m v. Or l'expérience montre que, pour accroître la vitesse d'un corps, il faut une dépense de force proportionnelle, non pas à cette vitesse même, mais à son carré. Ainsi pour doubler la vitesse d'un boulet de canon» il faut quadrupler la tension des gaz nés de la combustion de la poudre. On nomme force vive (1), le produit de la masse par le carré de la vitesse, produit qui s'exprime par la formule : m. v^. On voit par l'explication précédente, que la conservation de la mâme quantité de mouvement et la conservation de la même quantité de force vive, sont deux choses distinctes. Lorsqu'on veut retrouver dans un calcul la somme de la force, un corps se mouvant dix fois plus vite ne doit pas entrer dans le compte pour dix, mais pour cent. L'expérience établit que lorsqu'on considère les mouvements actuels, ce n'est pas la quantité du mouvement m v. qui demeure constante, mais la quantité de la force m t)^

i!" Les forces, étant conçues comme des causes de mouvement, ne se manifestent pas toujours par une réalisation de

i . « Le produit m v* de la masse d'un point matériel par le carré de sa vitesse, se nomme la force vive de ce point > — Delaonay Traité de mécanique rationnelle.

'!<( LES CARACTËIIBS DE LA PHTSiQirE MODERNE.

forces ti^es. lia pesanteur, par exemple, se manifeste dans la étante d'an corps libre ; elle n'existe pas moins, sans ae ma&ifester par un monyement de translation, dans on eorps iovmobile exerçant une pression sur le sol qui le snpporte, (m une tension sur une corde qui le soutient. Un ressort tendu constitue de même une force qui ne se réalise pas en un mouyement appréciable. C'est donc une tentative vaine que celle de quelques savants contemporains qui veulent éliminer" l'idée de la force qu'ils considèrent comme une abstraction inutile, pour ne conserver que l'idée du mouvement actuel. L'interprétation des phénomènes exige que l'on admette, à côté des mouvements actuels, des mouvements virtuels, c'est-à-dire des causes de mouvement à l'état latent, ou simplement potentiel.

Au moyen de ces deux explications on peut entendre dans son -sens vrai le principe qui forme le quatrième des caractères de 'la physique moderne. Ce qui demeure en quantité égale dans toutes les transformations du mouvement, c'est jle pouvoir moteur actualisé ou non. Par quels termes <le désigner? On a adopté d*abord les termes : Constance de la force-; mais le mot force a <en mécanique un sens précis ; il exprime la masse multipliée par l'accélération. C'est pourquoi l'on préiere maintenant les termes : Conservation de iVénergie. Ces deux expressions ont du reste exactement le môme sena* L^énergie est la cause des mouvements actuels ou virtuels. Elle est tantôt à l'étal de réalisation dans les forces vives, tantôt à l'état potentiel. Le principe consiste donc dans l'affirmation que danç tous les. phénomènes Observés « la somme des forces vives et des énergies potentielles est constante (4). »

C'est l'étude comparée du mouvement mécanique et de la chaleur qiïi a surtout contribué à établir ce principe. On a

i. HéimholXz. -Mémoire sur la Coneervation de la force, page 77. — 'Voir aussi La.comervation de d'énergie par Balfoar Stewart, au yoloiue de la Bibliothèque scientifique internationale.

CONSERVATION DE L'ÉNEKGili:. 17

pris pour unité du mouvement mécanique le kilogrammètre, c'est-à-dire le travail nécessaire pour élever un kilogramme à un mètre de hauteur. On a pris pour unité de chaleur la calorie^ c^est-à-dire la chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température d'un kilogramme d'eau. De nombreuses expériences ont démontré qu'une calorie équivaut à 424 kilogrammètï-es environ, c'est-à-dire que la chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température d'^un kilogramme d'eau sufQrait, si dans la pratique on pouvait l'utiliser entièrement, pour élever un kilogramme à 424 mètres. On généralise ce résultat en admettant que l'équivalence existe dans la transformation de toutes les classes de mouvements qui constituent la lumière, la chaleur, l'électricité, le magnétisme^Tous les mouvements, lorsqu'on pourra les ramener à des unités déterminées, pourront être évalués parla commune mesure du kilograramètre, et, quand ils seront ramenés a une commune mesure, on pourra constater leur équivalence: telle est la théorie.

Reprenons l'exemple donné plus haut, celui d'un bloc de marbre élevé au sommet d'une muraille. Le point de départ du fait a été le travail des ouvriers, qui ont dépensé la force nécessaire pour triompher de la pesanteur du bloc ; leur travail se mesure au moyen de cette pesanteur même, et de l'espace vertical parcouru. Nous avons supposé le bloc descendant, et son mouvement mécanique devenant l'origine de toute une série de phénomènes. Lorsque l'on pourra apprécier exactement ces phénomènes, qui ne sont objectivement que des mouvements divers, et en faire la somme, cette somme se retrouvera précisément égale au travail des ouvriers qui ont élevé le bloc. Elle se retrouvera, comme on retrouve après la combustion la somme du poids d'un corps brûlé. On a appliqué cette conception à la pierre placée au sommet de la pyramide de Chephrem, en faisant remarquer qu'elle a retenu tout le travail dépensé, il y a quatre mille ans, par les ouvriers

Na VILLE. — Physique moderne. 2

de Pharaon qui l'ont mise en place, et qu'elle est constamment prête à le rendre, sous telle forme qu'on voudra lui demander, sans en rien retenir et sans y rien ajouter (1). Sous quelle forme existe dans la pierre la puissance du travail ? Sous la forme de la pesanteur, force constante dont l'élévation de la pierre n'a fait que modifier le point d'application. Mais comment le mouvement virtuel existe-t-if dans la pesanteur, lorsque le corps pesant est à l'état de repos ? Pour généraliser la question, comment le mouvement virtuel existe-t-il dans un ressort tendu, dans un corps combustible qui produira la chaleur, dans la poudre dont l'explosion lancera un projectile? On emploie, pour exprimer le fait, des expressions diverses : énergie potentielle (ce sont les termes les plus admis maintenant), force latente, effort. On parle de force enrniagasinée, de provision de force. De ces diverses expressions, les unes, comme celles d'énergie et d'effort, ont une origine psychologique; d'autres, comme celle de force emmagasinée^ ne s'appliqueraient avec exactitude que dans une théorie qui ferait de la force ce que la physique ancienne faisait du calorique, une substance particulière dont on pouvait faire provision. Nous sommes ici en présence d'un fait qu'il faut noter, parce que sa notation est indispensable à la science : l'existence du mouvement à l'état virtuel, ou de l'énergie à l'état potentiel ; la théorie de la conservation de l'énergie ne peut s'établir qu'au moyen de cette donnée. L'énergie potentielle est une expression qui a un sens mécanique parfaitement net; c'est la somme des travaux que les forces qui agissent sur un système sont capables de produire. Mais veut-on se rendre compte du mode d'existence du pouvoir moteur considéré en soi, et non pas dans ses effets possibles ? toute représentation objective fait défaut. Pourra-t-on réduire, un jour, l'énergie

i. L'idée est je crois de Robert Mayer. Voir dans le Journal d€$ Savants de Novembre 1869, pages 663 et suivantes, le travail de M. J. Bertrand sur la renaissance de la physique cartésienne.