rni.NCii'E DE i.'kgalité de rnEssiON

Tout le monde connaît les célèbres expériences exécutées à la fin du dix-huitième siècle par les physiciens de l'Académie del Cimento de Florence sur la compressibilité des liquides. L'eau, ou en général une masse liquide quelconque, change-t-elle de volume quand on la soumet à une pression mécanique suffisamment considérable? Telle est la question que ces savants se posèrent et crurent avoir résolue négativement. Ils firent fabriquer une sphère d'argent creuse, la remplirent d'eau et la fermèrent ensuite hermétiquement. L'ayant alors énergiquement comprimée, ils virent l'eau suinter à travers ses parois. Ils firent d'autres expériences qui aboutirent au môme résultat, el ils en conclurent que les liquides ne diminuent pas de volume sous l'action des forces mécaniques les plus grandes, ou, ce qui revient au même, sont incompressibles.

Mais des expériences plus récentes ont infirmé celles des académiciens de Florence. La compressibilité de l'eau et de plusieurs autres liquides a été constatée. Canton en 17(H, Perkins en 1819, Œrstedt en 1825, et depuis, Desprelz, Colladon et Sturm, Wertheim, Regnault, ont mesuré avec une précision de plus en plus grande la diminution de volume qu'éprouvent divers liquides soumis à une pression déterminée. Toutefois nous verrons plus tard que cette diminution est extrêmement faible, de sorte qu'on peut n'en pas tenir comjrte dans l'étude des phénomènes d'hydrostatique. Arrivons donc à la description des principaux de ces phénomèues.

Imaginez deux cylindres inégaux en diamètre et communiquant à leurs bases par un tube (fig. 52). Deux pistons parfaitement calibrés peuvent se mouvoir librement à l'intérieur de chacun d'eux, et toute la capacité du tube et des cylindres comprise au-dessous des pistons est rem|)lie d'eau. En cet état, pour qu'il y ait équilibre dans l'appareil, l'expérience ]>i'ouve (|uc, si

PRINCIPE D'ÉCtALITE DE PRESSION.

la charge du piston du petit cylindre, jointe à son propre poids, est par exemple de 1 kilogramme, le piston le plus grand devra être chargé, son poids compris, d'autant de fois 1 kilogramme que la surface de section du grand cylindre vaudra de fois la surface de section du petit. Dans l'exemple représenté par la figure 52 , 1 kilogramme fait équilibre à IG kilogrammes.

Les choses ne se passent-elles pas exactement ici comme si la pression exercée sur la surface du petit cylindre s'était transmise, sans changer d'énergie, à travers le liquide sur chaque élément égal de la surface du grand cylindre?

Tel est en effet le principe sur lequel repose la construction d'une machine d'une grande utilité dans l'industrie, que nous décrirons dans les applications de la pesanteur, et qui est connue sous le nom de presse hydraulique.

C'est à Pascal qu'est due la découverte de ce principe, conséquence de la mobilité et de l'élasticité des molécules liquides'. En voici l'énoncé général :

Toute pression exercée sur un liquide en fermé dans un vase clos de toutes parts se transmet avec la même énergie dans tous les sens. 11 faut entendre par là que, si l'on prend dans le liquide ou sur les parois intérieures du vase une surface égale à celle par laquelle s'exerce la pression, cette surface éprouvera une pression rigoureusement égale à la première ; si la surface qui reçoit la pression est double, triple, quadruple, etc., de celle qui la transmet, elle supportera une pression double, triple, quadruple.

\. Pascal so proposait d'écrire un grand traité où tontes les questions relatives à réfjnilii)re des liquides, au vide et à la pression de l'air, devaient être exposées. Il n'est resté que deux petits traités, qui ont été puljliés en 16G5, un an après la nioi t de Pascal. I/un est !■■ Trai/é de l'équilibre des liqueurs; c'est celui où se trouvent exposés le pi'incipe et les <"xpéri('iu'(^s dont il est qiiestion ici. L'antre est intitulé : Trailé de la pesanteur de la masse de l'air.

Fig. r)2. — Principe de la presse liydranliqiie.

Dès lors, si l'on ouvre clans les parois du vase des orifices de dimensions quelconques, il faudra, pour maintenir l'équilibre, exercer sur les pistons qui ferment ces orifices des pressions proportionnelles à leur superficie (fig. 55). L'énoncé du

principe suppose que le liquide n'est pas pesant, ou qu'on fait abstraction de la pesanteur. Pour qu'il soit vérifiable par l'expérience, il faut, en évaluant les pressions exercées ou transmises, tenir compte des pressions qui proviennent de la pesanteur, pressions que le liquide exerce sur

Fig. 55. — La prossion exercée ^

en un point d'une masse lui-mêmc OU sur Ics parois du vasc par

liquide se transmet égale- . j t , , • • t /

ment dans tous les sens. SOU propre poids. L cxperieiice indiquée plus haut (fig. 52), et réalisée industriellement dans la presse hydraulique, est une conséquence évidente du principe de Pascal.

Nous avons vu, et c'est un fait d'observation que tout le monde peut vérifier, que la direction du fil à plomb est perpendiculaire à la surface d'un liquide en repos. Il est facile de comprendre qu'il n'en pouvait être autrement.

En effet, quand, par une cause quelconque, la surface d'une masse liquide n'est point plane et horizontale, une molécule

telle que M (fig. 54) se trouve placée comme sur un plan incliné, et, en vertu de la mobilité propre aux liquides, elle tend h glisser le long de ce plan sous l'influence de son propre poids ; l'équilibre sera impossible jusqu'à ce que, la cause de l'agitation (hi liquide venant à cesser, peu à peu sa surface se nivelle, et devienne rigoureusement plane et horizontale. Les grandes surfaces liquides des mers, des lacs et même des étangs sont rarement en repos. Les agitations de l'air, grands vents ou brises légères, sulïisent pour pi'oduire cette multitude de proéminences mobiles qu'on nomme vagues, lames ou sim|)les

Fig. 54. — La surface des liquides en équilibre est horizontale.

rides. Mais si, au lieu de ne considérer qu'une portion restreinte, on embrasse par la vue ou par la pensée une étendue d'un rayon suffisant, ou si l'on contemple cette étendue d'iuie distance un peu considérable, les inégalités s'effacent dans l'ensemble, la niasse liquide reste en repos, et sa surface paraît sensiblement un plan horizontal.

11 faut toutefois nous rappeler que la Terre est sphéroïdale, que les Yerticales des différents lieux ne sont pas parallèles, que la surface véritable des mers et des grands lacs participe de sa courbure, ainsi que le témoignent divers phénomènes optiques que nous avons décrits dans un de nos précédents ouvrages (le Ciel). Mais cela même ne fait que conlirmer la condition essentielle de l'équilibre d'une masse liquide contenue dans un vase et soumise à la seule action de la pesanteur.

La surface extérieure du liquide en équilibre est donc toujours de niveau, ou, si l'on veut, plane et horizontale. Voilà pour l'extérieur. Voyons maintenant ce qui se passe à l'intérieur.