EXPÉRIENCES DE VÉRIFICATION

Pour observer les figures d'équilibre d'une masse liquide abandonnée à la seule attraction de ses molécules , il faut soustraire cette masse à l'influence de la pesanteur, tout en la laissant libre d'obéir è la première de ces forces. C'est à quoi l'on parvient à l'aide d'un procédé très-simple, imaginé par M. Plateau.

Les huiles grasses sont, comme on sait, moins denses que l'eau, et plus denses que l'alcool. D'après cela, on peut faire un mélange d'eau et d'alcool , ayant une densité précisément égale à celle d'une huile donnée, de l'huile d'olive, par exemple. Or, si l'on introduit, dans le mélange ainsi formé, une quantité quelconque d'huile d'olive, il est évident que faction de la pesanteur sur cette masse d'huile se trouvera complètement détruite; car, en vertu de l'égalité de densité, l'huile ne fera que tenir la place d'une masse égale du liquide ambiant. D'une autre part, les huiles grasses ne se mêlent pas avec une liqueur composée d'alcool et d'eau. La masse d'huile devra donc demeurer suspendue et isolée au milieu du liquide ambiant, et se comporter comme si elle n'était soumise qu'à l'excès de sa propre attraction moléculaire sur celle qu'elle éprouve de la part du mélange ambiant. Cette masse d'huile se trouvera, par conséquent, dans les mêmes conditions qu'un liquide sans pesanteur, suspendu librement dans l'espace, et soumis à ses propres attractions moléculaires.

* M. Plateau a publié jusqu'ici trois mémoires sur le sujet dont il s'agit. Ces remarquables travaux ont paru, dans le Recueil de T Académie de Bruxelles, en 1845, 1849 et 1896, sous le titre de Mémoires sur les phénomènes quB présente une masse liquide lihreet aoustmiU à l'action de la pesanteur.

EXPÉRIENCES DE YÉRIFIGATIOIf.

L'appareil dans lequel on introduit le mélange alcoolique et l'huile est représenté dans la figure 370. C'est un vase k parois planes formées de plaques de verre rectangulaires assemblées dans un châssis en fer; les faces latérales ont chacune 2S centimètres de largeur et 20 de hauteur. Ce vase est fermé supérieurement par une plaque de verrC; mastiquée dans un cadre de fer (fig. 371)^ de manière à

Fig. 570.

Fig. 371.

s'adapter sur le vase comme un couvercle sur une boîte; elle est percée de deux ouvertures munies chacune d'un goulot de fer que l'on ferme avec un bouchon de même métal. L'une de ces ouvertures est au milieu de la plaque, et son diamètre est de 55 millimètres; c'est à travers le bouchon qui la ferme, que passe à frottement doux une tige de fer (fig: 371 ), qui reçoit d'une part une manivelle et de l'autre différents systèmes solides qu'on y visse et dont il sera question plus loin. L'autre ouverture doit être placée près de l'ouverture centrale et avoir mêmes dimensions que celle-ci ; on verra bientôt l'usage de cette seconde ouverture.

Maintenant, pour obtenir les figures d'équilibre, M. Plateau opère comme il suit. Lorsqu'il s'agit de la sphère, il suffit d ^introduire l'huile dans le mélange alcoolique qu'on a préparé d'avance et versé dans le yase de l'appareil que nous venons de décrire. A cet effet, on se sert d'un entonnoir à long col qu'on fait pénétrer, à travers l'ouverture centrale du couvercle, jusqu'à une certaine profondeur dans la liqueur alcoolique. On verse l'huile avec assez de lenteur. Alors, si le mélange est

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exactement dans les proportions requises, l'huile forme, à l'extrémité du col de l'entonnoir, une sphère dont le volume augmente graduellement à mesure que Ton ajoute de ce dernier liquide. Lorsque la sphère a atteint le volume que l'on désire, on retire avec précaution le col de l'entonnoir ; la sphère, qui y reste suspendue, s'élève avec lui vers la surface de la liqueur, et l'huile qu'il contient encore s'ajoute à la précédente. Enfin , lorsque la sphère est près d'atteindre la surface du mélange alcoolique^ une petite secousse la détache de l'entonnoir.

Parmi les figures d équilibre d'une masse liquide soustraite à l'action de la pesanteur, la sphère seule peut être formée en entier, les autres présentant des dimensions infinies dans certains sens qui rendent impossible leur réalisation à l'état complet. Mais on peut réaliser partiellement ces dernières figures, en faisant adhérer la masse liquide à des systèmes solides. A la vérité, en opérant ainsi, on fait intervenir une nouvelle force, l'attraction qui s'exerce entre le liquide et le système solide. Mais l'action de cette nouvelle force s'éteint à une distance excessivement petite du solide; par conséquent, pour tout point de la surface du liquide situé à une distance sensible du solide, il n'y a plus à considérer que l'attraction moléculaire du liquide pour lui-même, de sorte que pour ces points la surface est la même que si toute la masse liquide était entièrement libre et soustraite à l'action de la pesanteur.

Fig. 372. Cela posé, veu^on montrer que le plan est

j une surface d'équilibre? On pourra, à cet effet,

se servir d'une charpente en fils de fer formant les arêtes d'un cube (fig. 372), et portant un fil de suspension au moyen duquel on la visse à l'extrémité inférieure de la tige qui traverse le bouchon du goulot central de l'appareil représenté dans la fig. 370. La charpente étant fixée, on remplit le vase de mélange alcoolique, dans

lequel on introduit une masse d'huile d'un volume un peu supérieur à celui du cube de la charpente; puis, on amène l'huile dans celle-ci, et à l'aide d'une spatule de fer que l'on introduit par la seconde ouverture du couvercle du vase et que l'on fait pénétrer dans la masse, on oblige aisément celle-ci à s'attacher successivement à toute la longueur de chacune des arêtes solides. Alors, on enlève graduellement l'excès d'huile au moyen d'une petite seringue en verre, et toutes les surfaces libres de l'huile deviennent ainsi à la fois exactement planes. L'expérience que nous venons de décrire démontre donc que le plan est une

EXPERIENCES DE v£rIF1€AT]0N.

surface d'équilibre; elle nous donne, en outre , le moyen de réaliser le curieux spectacle de polyèdres formés d'huile, et qui n'ont de solide que leurs arêtes seules.

Fig. 373. Pour obtenir les cylindres

^ 0^ liquides, M. Plateau se sert

d'un système solide présentant deux disques verticaux de même diamètre placés parallèlement entre eux, à la même hauteur, et en regard Fun de l'autre (figure 373 )• Chacun de ces disques est porté par un fil de fer fixé normalement à son centre, puis replié verticalement de haut en bas, et les extrémités inférieures de ces deux. fils sont attachées à une même tige horizontale munie de quatre petits pieds. Si la distance des deux disques est moindre que 3,141 fois leur diamètre, on obtient facilement un cylindre de liquide qui, s'étendant de l'un des disques à l'autre, a des bases égales à l'aire de ces disques. A cet effet, on commence par faire adhérer une masse d'huile convenable à l'un des disques; puis, à l'aide d'un anneau en fil de fer de même diamètre que eeux-ci et porté par un fil droit de même métal dont on tient à la main lextrémité libre, on étire la masse jusqu'à ce qu'elle se soit également attachée à l'autre disque; ensuite on retire l'anneau et on enlève, avec une seringue, de l'huile jusqu'à ce que la masse restante soit exactement cylindrique.

Nous avons dit plus haut que la réalisation facile de cylindres liquides exige que le rapport entre la longueur du cylindre et le diamètre de sa base soit moindre que 3,141, c'est-à-dire que le nombre qu'on désigne dans les ouvrages de mathématiques par la lettre r et qui, dans le cercle, exprime le rapport de la circonférence au diamètre. M. Plateau a reconnu, en effet, que le cylindre liquide devient une figure d'équilibre instable au delà de cette limite de longueur.

M. Plateau a également étudié les propriétés des cylindres liquides d'une longueur supérieure à celle de la limite de stabilité que nous venons d'indiquer, et cette étude l'a conduit à des résultats de la plus haute importance pour l'explication des phénomènes si curieux que présentent les veines liquides. Le cadre trop restreint de cet ouvrage ne nous permettant pas d'entrer dans les détails de ces dernières

EXPÉRIEIfCES DE VÉRIFICATION.

recherches du savant physicien, nous nous bornerons à en énoncer succinctement les principaux résultats, qui sont renfermés dans les lois suivantes :

l"" Si un cylindre liquide a une longueur considérable par rapport à son diamètre, il se convertit spontanément, par la rupture de l'équilibre, en une série de sphères isolées, égales en diamètre, également espacées, ayant leurs centres sur la droite qui formait Taxe du cylindre, et dans les intervalles desquelles sont rangées, suivant ce même axe, des sphérules de différents diamètres.

2° La marche du phénomène est la suivante (fig. 374) : le cylindre

commence par se renfler graduellement sur des portions de sa longueur situées à égale distance les unes des autres, tandis qu'il s'amincit dans les portions intermédiaires, et la longueur des renflements ainsi formés est égale ou à fort peu près à celle des étranglements; ces modifications continuent à se prononcer de plus en plus , en s'effectuant avec une vitesse accélérée, jusqu'à ce que les milieiix des étranglements soient devenus très-minces; alors, à partir de chacun de ces milieux, le liquide se retire rapidement dans les deux sens, mais en laissant encore les masses réunies deux à deux par un filet sensiblement cylindrique ; puis, celui-ci éprouve les mêmes modifications que le cylindre; seulement, il ne s'y forme en général que deux étranglements, qui comprennent, par conséquent, entre eux un renflement; chacun de ces

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