CHAPITRE II

NOTIONS SUR LES DIVERS ÉTATS DES CORPS

40. Nous avons vu que la matière qui forme tous les corps peut affecter des états différents que Ton désigne sous le nom d’états solide^ liquide et gazeux. 11 est important d’établir les caractères de ces trois classes de corps.

41. HoUdeu. — Dans les solides, les molécules sont unies de telle sorte qu’on ne peut les séparer sans effort. La force qui les maintient unies entre elles, qui s’oppose à leur séparation, s’appelle cohésion.

La cohésion des corps est un effet des attractions qui s’exercent entre leurs molécules. Dans les solides, cette force est souvent considérable. On peut s’en rendre compte par la grandeur de l’effort qu’il faut faire pour séparer leurs parties. Ainsi, par exemple, lorsqu’on suspend par l’une de ses extrémités un fil d’acier, d’un millimètre carré de section, et qu’on attache des poids à l’autre extrémité, on constate que, pour qu’il se rompe, il faut que les poids suspendus atteignent une valeur de 92 kilogrammes. On peut conclure delà qu’au moment de la rupture, 92 kilogrammes mesurent la résultante des actions attractives qui s’exercent entre deux tranches prismatiques d’acier ayant un millimètre carré de base et une hauteur égale à la distance à laquelle deviennent insensibles les actions dont il s’agit.

Cette distance est excessivement petite. Il suftit, pour s’en convaincre, de remarquer que constamment on place l’une contre l’autre deux surfaces solides de grandeur quelconque sans observer entre elles aucun effet d’attraction sensible. Ainsi, par exemple, plaçons un tube de cristal sur une table de marbre, et nous n’observerons aucune attraction entre ces deux corps. Cependant ils sont tous les deux assez polis pour que le contact soit intime. Quoi qu’il en soit, ce degré de poli n’est pas suffisant encore, et les petites rugosités que présentent les deux corps maintiennent

encore une partie des molécules de leurs surfaces à des distances

suffisantes pour que Taltraction ne s’exerce pas d’une manière sensible.

Toutefois, en se plaçant dans des conditions particulières et en prenant les précautions suffisantes, on peut faire naître une adhérence très-notable entre deux corps séparés. Prenons, par exemple, deux James de glaces assez épaisses et bien polies, ah et cd (fig. 32) ; laisons-les glisser l’une sur l’autre en appuyant sur elles, et nous constaterons que, par cette seule pression, les deux lames adhèrent; la force qui les maintient unies est assez grande pour que l’on puisse suspendre le système à un crochet e, soutenu lui-mème par les colonnes A et B. L’adhérence qui s’est établie est suffisante pour triompher non-seulement du poids de la lame cd, qui ne se sépare pas de ah, mais aussi pour supporter un poids P, que l’on attache audessous de cd.

Les glaces une fois unies ne se séparent pas, même lorsqu’on les transporte sous un récipient dont on extrait l’air; ce qui prouve que l’influence de la pression atmosphérique, dont nous parlerons plus tard, ne suffirait pas à expliquer le phénomène.

On peut faire l’expérience d’une autre manière. Avec un instrument bien tranchant on enlève à deux balles de fusil deux segments de petites dimensions et à peu près égaux; et, tandis que les surfaces de section sont encore fraîches et brillantes, on accole les deux balles, en appuyant ces surfaces l’une contre l’autre. La pression que l’on exerce suffit pour que les deux balles adhèrent, et pour que, Tune étant tenue à la main, l’autre, malgré son poids, y reste suspendue.

Puisque les molécules des corps solides, quoique attirées par la cohésion, restent à distance l’une de l’autre et laissent entre elles des vides appelés pores, il faut admettre aussi l’existence d’une f jrce répulsive ; et lorsque le volume d’un corps solide reste cons-

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tant, on peut dire qu’il y a équilibre entre les forces de cohésion et les forces répulsives qui existent entre ses molécules.

C’est aussi par l’existence de cette force répulsive que l’on explique l’élasticité des corps solides. Si, lorsque nous tendons à rapprocher par la pression les molécules d’un corps solide, l’expérience nous apprend qu’elles tendent à revenir à leurs positions, c’est que, par ce rapprochement, la force répulsive augmente plus vite que la cohésion et devient prédominante.

42. liiqaldes. — Dans les liquides la cohésion est beaucoup plus faible que dans les solides. Assez forte encore dans les liquides visqueux, comme l’huile, le goudron, etc., elle devient très-faible dans ceux qui ont une plus grande fluidité, tels que l’eau, l’alcool, etc. Cependant, dans ces liquides eux-mémes, elle n’est pas nulle. En effet, lorsqu’on plonge une baguette de verre dans l’eau et qu’on l’en retire ensuite, on constate qu’une goutta d’eau reste suspendue à l’extrémité de la baguette. L'attraction du solide pour le liquide ne fait ici que maintenir l’adhérence entre la baguette et la partie supérieure de la goutte, mais c’est la cohésion des molécules liquides qui les maintient unies entre elles.

La faiblesse de la cohésion dans les liquides a pour conséquence la mobilité de leurs molécules : on les sépare l'une de l’autre avec d’autant plus de facilité que le liquide est moins visqueux. Abandonnées à elles-mêmes, les molécules des liquides glissent facilement l’une sur l’autre; c’est ce qui fait qu’ils n’ont pas de forme à eux et qu’ils prennent celle du vase qui les renferme. Quand on fait passer successivement une même masse liquide dans des vases de formes différentes, elle se moule en quelque sorte sur eux en conservant toujours le même volume.

Les liquides sont doués d’élasticité comme les solides. Quand on les enferme dans un vase résistant et qu’on cherche à enfoncer un piston dans leur intérieur, les molécules se rapprochent, et, comme nous l’avons vu à propos des solides, il se développe entre elles des forces répulsives, qui ramènent ces molécules à leurs distances primitives dès que l’effort extérieur cesse d’agir.

De là résulte un double phénomène : d’abord, la compression du liquide ; ensuite une tension , qui en est la conséquence, se développe dans toute la masse et fait équilibre à l’effort exercé. C’est la pression du liquide.

La compressibilité des liquides, qui est plus grande que celle

PHYSIQUE POinÉ. 3

as LEÇONS DE PHYSIQUE.

des solides, a été longtemps considérée comme nulle, et ce sont les expériences de John Canton (1761), de Jacob Perkins (1819), et d'OErslœdt (1823), qui ont établi Texistencc de cette compressibilité. Nous ne parlerons que de celles d’Œrstædt et passerons aussi sous silence celles des physiciens qui, comme M. Régnault, ont déterminé la valeur de la compressibilité des liquides. Œrstædt se servit d'un appareil qu’il appela piézomètre. Il se

compose d’un réservoiren verre a (fig. 33),. surmonté d’un tube capillaire terminé en entonnoir à la partie supérieure. Ce tube, fixé contre une planchette en cuivre, est bien cylindrique, et l’on a tracé à l’avance dans toute sa longueur des divisions équidistantes. Le piézomètre était rempli d’eau, et l'on plaçait dans le petit entonnoir une goutte de mercure. En d était un tube rempli d’air et faisant fonction de manomètre (instrumentque nous étudierons plus tard et qui sert à mesurer les pressions). L’appareil était ensuite descendu dans une éprouvette de cristal C, qui était montée sur un pied en cuivre H, et qui se terminait à sa partie supé rieur epar une armature en cuivre portant un petit corps de pompe, dans lequel on pouvait faire descendre un piston à l’aide d’une vis de pression V. L appareil

étant rempli d’eau par l’entonnoir E, on fermait le robinet R et

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l’on faisait descendre le piston. La pression qu’il exerçait se transmettait au liquide du piézomôtre, et l’on voyait la goutte de .mercure descendre dans le tube capillaire, ce qui prouvait que le liquide se comprimait dans le piézomôtre. On recourbe quelquefois la partie supérieure du piézomôtre de maniôre à empêcher le liquide intérieur de s’échapper en glissant entre la paroi du tube et la goutte de mercure.

43. Ga*. — Les corps gazeux se rapprochent des liquides parce caractère que leur forme est essentiellement variable, que leurs molécules sont trôs-mobiles les unes par rapport aux autres. Mais leur compressibilité est beaucoup plus grande ; l’expérience du briquet à air nous a montré la facilité avec laquelle les gaz se compriment. Mais ce qui distingue surtout les liquides des gaz, c’est que ces derniers sont dénués de cohésion, et que leurs molécules sont dans un état de répulsion permanente qui tend à les séparer l’une de l’autre. Dans les liquides, cette répulsion n’existe pas au môme degré ; de sorte qu'un liquide, tout en prenant la forme du vase qui le renferme, n’en occupe pas nécessairement la totalité.

Que l’on verse un demi-litre d’eau dans un vase vide dont la capacité est un litre, il ne sera rempli qu’à moitié ; tandis que si l’on y fait passer un demi-litre d’air, ce gaz remplira le vase tout entier. Il y a plus : non-seulement il le remplira entièrement, mais il tendra sans cesse à augmenter de volume, et cette tendance se traduira par une force exercée sur les parois du vase, force que l’on désigne en physique sous le nom de;?rm 20 u ou de force élastique des gaz. Pour la mettre en évidence, prenons une vessie fermée par un robinet (fig. 34) et contenant une petite quantité d’air ou d’un gaz quelconque. Mettons-la sous une cloche à robinet r placée sur un plateau communiquant par le tube qui la supporte avec une machine, que nous étudierons plus tard sous le nom de machine pneumatique, et qu’actuellement nous regarderons comme capable d’extraire l’air qui se trouve dans^ la cloche et qui environne la vessie. Faisons fonctionner la machine; la vessie qui était aplatie, dont les parois se tou-

Fig. 34.

chaient presque, se gonfle. Laissons rentrer l’air extérieur en ouvrant le robinet r, et la vessie reprend son volume primitif. Il est très-facile d’expliquer cette expérience. Avant qu’on ait fait le vide dans la cloche, la force élastique de l’air contenu dans la vessie ne se manifestait pas, parce qu’ellô fêtait contre-balancée par la force élastique de l’air extérieur; mais dès que ce dernier a été enlevé, l’air contenu dans la vessie a pressé contre ses parois et l’a gonflée. Lorsqu’on a laissé rentrer l’air dans la cloche, il est venu contre-balancer de nouveau par sa pression celle de l’air contenu dans la vessie, et elle s’est affaissée.

Les caractères de ressemblance qui existent entre les liquides et les gaz les font désigner sous le nom de fluides.