EXAMEN PAR LA LUMIÈRE POLARISÉE

si cet état se continuait, l’écran deviendrait obscur. Mais les impressions lumineuses, produites par la traction ou la compression, persistent sur la rétine beaucoup plus longtemps qu’il ne faut pour empêcher de saisir les intervalles d’obscurité. L’écran nous parait donc éclairé d’une lumière continue. Disposons maintenant les deux prismes, de telle sorte que le faisceau de rayons les traverse tous deux sans T interposition de la lame de verre : on pourrait croire qu’alors la lame de verre, replacée entre les deux prismes, produira l’obscurité au moment où elle commencera à vibrer. Ce n’est pas cependant ce qui arrive, bien qu’il y ait, sans aucun doute, des intervalles obscurs. Vous remarquez une diminution de clarté, mais non une extinction absolue. Les intervalles obscurs ont assez peu de durée pour être rendus presque insensibles par les intervalles de lumière qui les précèdent et les suivent.

Changeons actuellement la position du rectangle de verre, et plaçons-le de manière que les rayons de lumière polarisée le traversent dans le voisinage de l’une de ses extrémités s. Ici, les vibrations longitudinales n’ont plus aucune influence sur la marche des rayons dans le. second prisme. Yoici donc qu’avec l’aide de la lmmière polarisée , nous démontrons que le centre du verre, où la vibration est nulle, supporte des actions alternatives de traction et de compression, tandis que ses extrémités, où la vibration a son maximum, ne supportent ni l’une ni l’autre h

Jusqu’ici nous avons opéré presque exclusivement sur des verges ou des tubes de verre; voici des verges de bois et de métal capables également de rendre des sons musicaux en vibrant longitudinalement. Mais cette fois le frotteur employé, au lieu d’être un drap mouillé, sera un morceau de cuir sur lequel on a répandu de la poudre de eolo-

‘ Cette expérience réussit bien avee un tube de verre.

LEÇON Y

phane. Les doigts imprégnés de cette poudre font aussi chanter les verges. Les modes de vibration sont toujours ceux qui ont été déjà indiqués, mais le ton du son et la vitesse des impulsions sonores varient avec la nature de la verge. Voici deux verges de même longueur, Tune de bois de sapin, l’autre de bois d’acajou. Le ton du second est beaucoup plus bas que celui du premier. Pourquoi cette différence? Simplement parce que les pulsations sonores parcourent plus lentement cette espèce particulière d’acajou que le bois de sapin. Pouvons-nous découvrir le rapport des vitesses du son dans ces deux substances ? Nous le pouvons avec la plus grande facilité. Il nous suffit de raccourcir la verge d’acajou jusqu’à ce qu’elle rende la même note que la verge de sapin. Procédons à cette opération d’une manière graduelle, avec les précautions nécessaires. Les notes qui se rapprochaient de plus en plus dans les premiers essais sont maintenant identiques. Les pulsations du son parcourent dans le même temps la verge d’acajou de 110 centimètres et la verge de sapin de \ 80 centimètres. Ces nombres représentent donc les vitesses relatives du son dans les deux substances.

Certains moyens de recherches, dont j’ai dû me borner à vous dire deux mots dans mes premières conférences , se représentent ici naturellement. Lorsque, dans notre première leçon, nous parlions de la vitesse du son dans l’air, divers moyens de déterminer cette vitesse se sont offerts sans doute à vos esprits, parce que vous aviez des milliers de kilomètres à votre disposition. Mais comment mesurer la vitesse du son dans le bois, dans les métaux, dans des corps où il ne peut plus être question de semblables dis-> tances ? On y parvient de la manière très-simple qui vient d’être indiquée : des notes qu’elles émettent, quand elles Sont convenablement préparées ou disposées, nous pourrons conclure avec certitude les rapports des vitesses*relatives du

RÉSONNANCE

son à travers les différentes substances solides ; puis en déterminant le rapport de l’une de ces vitesses à la vitesse du son dans l’air, nous aurons tous les éléments nécessaires pour la formation d’un tableau des vitesses absolues. Mais comment l’air entrera-t-il dans la série ? Nous serons bientôt en mesure de répondre à cette question, car nous y serons ramenés par un ensemble de phénomènes avec lesquels, au premier abord, elle semble n’avoir aucune connexité.

RÉSONNANCE

Vous avez devant vous un assortiment de diapasons dont les vitesses de vibration ont été déjà déterminées avec la sirène. En voici un qui vibre, conyne vous vous le rappelez, 2o6 fois par seconde, et produit des ondes sonores dont la longueur est de lm, 32. Le diapason est maintenant séparé #de sa caisse, de sorte que lorsqu’on le fait vibrer, vous l’entendez à peine. Nous tenons ce diapason vibrant au-dessus de ce vase de verre, AB [fig. 83), profond de 0m, 45, sans que le son qu’il rend devienne plus sensible à l’oreille. Le laissant dans cette position, versons de l’eau dans le vase, tout doucement et avec le moins de bruit possible. A mesure que l’eau s’élève dans le vase, la colonne d’air située, audessus du diapason devient plus courte, en même temps, le son augmente d’intensité ; et à l’instant où l’eau a atteint une certaine hauteur, le son retentit avoc une force extraordinaire. On continue à verser de l’eau, et le son s’affaiblit graduellement jusqu’à ce qu’il devienne aussi insensible qu’au début de l’expérience. En retirant de l’eau du vase et procédant par tâtonnements minutieux, nous retrouvons le point où le son était devenu très-intense. Cette expérience nous apprend qu’il est une longueur déterminée de colonne d’air qui renforce à un plus haut degré que toute autre Ion-

LEÇON y.

gueur le son du diapason placé au-dessus d’elle. Ce renforcement du son a reçu le nom de résonnance.

Fig. 83.

Répétons l’opération sur les trois autres diapasons de la série, nous trouverons pour chacun une colonne d’air qui donne le maximum de résonnance. Ces colonnes sont de différentes longueurs, elles deviennent plus courtes à mesure que la vibration devient plus rapide. La figure, 84 représente les quatre vases résonnants, et au-dessus de chacun est indiqué .le nombre de vibrations pour lequel a lieu sa résonnance maximum.

Mais pourquoi la hauteur des vases va-t-elle en diminuant, et quelle est la signification physique de ce merveilleux phénomène? Un plus grand volume de son entendu en chaque point de cette salle ne peut être que le résultat d’une plus grande quantité de mouvement communiqué à l’air qui la remplit. Dans quelles conditions le

RÉSONNANCE

diapason peut-il porter à son maximum cette quantité de mouvement? Pour résoudre cette question, nous devons

nous rappeler ce que nous savons du rapport du mouvement du diapason au mouvement des ondes sonores de l’air, produites par ses vibrations. Supposons que ce diapason, dont le nombre de vibrations est de 256 par seconde, oscille entre les points a et b (i fig . 85). Dans son mouvement de a à ô, la branche engendre une demi-onde sonore, et, puisque la longueur de l’onde totale est de lm, 32, son extrémité antérieure a atteint le point C, à 0m, 66 de la branche. L’espace parcouru par l’onde est donc énormément plus grand que celui qu’a parcouru la branche dans le même temps. Dans ce cas, en effet, la distance de a à b est à peine d’un millimètre , et pendant le temps que la branche a mis à franchir cette distance, l’onde sonore a franchi un intervalle de 66 centimètres. Avec des diapasons d’un ton moins élevé, la différence serait encore plus grande.

La question à résoudre maintenant est celle de savoir quelle est, pour ce diapason, la longueur de la colonne d’air qui donne la plus forte résonnance. Par des mesures directes prises avec une règle de 100 centimètres, nous trouvons que

LEÇON y.

cette longueur est de 33 centimètres. Mais la longueur de l’onde totale émise par le diapason est de 1 32 centimètres ;

Fig. 85.

donc, la longueur de la colonne d'air résonnante' est le quart de la longueur de l’onde émise par le diapason . Cette règle est générale, et nous pourrions la vérifier sur d’autres diapasons quelconques.

Concevons par la pensée que la branche oscillant entre les limites a et b soit placée au-dessus du vase résonnant AB ( fig . 86). Pendant le temps quelle met à aller de a à 6, la condensation qu’elle produit dans l’air court jusqu’au fond du vase ; elle y est réfléchie, et comme le chemin qu’elle a à parcourir dans le vase, aller et retour, est de 66 centimètres, l’onde réfléchie atteindrai branche au moment où elle se dispose à revenir de b à a. La dilatation de fonde est l’effet de ce retour de b à a. Cette dilatation va aussi courir jusqu’au fond du vase où elle sera réfléchie, et reviendra à la branche juste au moment où elle atteint elle-même le points, extrémité de son excursion rétrograde. 11 résulte clairement de cette analyse que les vibrations du diapason sont parfaitement synchrones avec les vibrations de la colonne d’air AB, et qu’en vertu de ce synchronisme, le mouvement s’accumule dans le cylindre, d’où il se répand dans cette salle, et produit ainsi un renforcement de son considérable.

RÉSONNANCE

Si, dans un de ces vases, nous remplaçons l’air par un gaz d’élasticité différente, nous trouverons que la longueur

Fig. 86.

de la colonne résonnante ne sera plus la môme. La vitesse du son dans le gaz d’éclairage est à sa vitesse dans Fair à peu près comme 8 est à 5. Il s’ensuit que, pour vibrer synchroniquement avec notre diapason, un vase rempli de gaz d’éclairage devrait être plus profond qu’un vase plein d’air. Voici un vase long de 45 centimètres; renversonsle de sorte que l’ouverture soit en bas et suspenclons-le dans cette position au-dessus d’un bec de gaz actuellement fermé. Excitons notre diapason et tenons-le à l’orifice du vase : le son qu’il rend est à peine perceptible. Le vase, quand il est plein d’air, est trop long de 12 centimètres pour renforcer le diapason. Maintenant, ouvrons le robinet du bec; à mesure que le gaz monte dans le vase, la note musicale acquiert plus de volume, etnous constatons tout d’abord que, pour ce gaz plus élastique, la profondeur de 45 centimètres n’est pas trop grande. De fait, elle n’est même pas assez grand#, car si noos laissons entrer trop de gaz, la résonnance

LEÇON V

diminue, Remettons subitement le cylindre dans sa position droite, en tenant toujours le diapason devant l’ouverture : le gaz s’échappe, et lorsque le mélange se trouve ramené aux proportions convenables, le son a repris toute sa force1.

Nous sommes redevables à Savart du bel effet de résonnance que nous allons reproduire. Vous voyez ce large tim-

Fig. 87.

bre [fig. 87), qui vibre fortement sous l’action de l’archet frotté de colophane que nous passons sur son bord. Le son qui en résulte est pur, mais il n’est pas fort. Prenons ce ' large tube, et approchons son ouverture de l’un des segments vibrants du timbre : le son s’enfle et finit par devenir un : véritable rugissement ; c’est une note d’une prodigieuse puis- , sauce, mais toujours pleine, agréable et musicale. Selon qu’on éloigne ou qu’on rapproche le tube, le son faiblit ou

1 Le gaz s’échappe de la jarre avec une vitesse trop grande qui nuit à l’effet de I l’expérience, et par celte rajson le gaz hydrogène pur est préférable au gaz de houille# [ -