COMPRESSIBILITÉ DES GAZ

SOUS la pression intérieure qui en distend les parois. Fait-on rentrer Tair, elle revient promptement à son volume primitif, ce qui prouve à la fois que l'air — un autre gaz se conduirait de même — est élastique et compressible.

Ces deux propriétés se vérifient aussi à l'aide du briquet ptœumatique. En enfonçant un piston bien calibré et graissé dans un tube de verre plein d'air (fig. 59), on éprouve une résistance faible mais croissante, et l'on voit le volume de l'air diminuer de moitié, des deux tiers, etc., première opération qui prouve la grande compressibilité du gaz. Le piston, parvenu au bas de sa course et abandonné à lui-même, remonte spontanément à sa position primitive, preuve non moins évidente de l'élasticité de l'air.

Comme cette compression dégage de la chaleur, on se sert de cet instrument pour allumer un morceau d*amadou placé au-dessous du piston; seulement la compression doit alors être très-brusque. De là, le nom de briquet donné à ce petit instrument.

Ainsi, comme les liquides, les gaz sont élastiques et compressibles : mais, tandis que cette dernière propriété est trèsfaible dans les premiers, elle est au contraire extrêmement considérable chez ceux-ci.

Notons en outi-e que si les molécules liquides ont une cohésion presque nulle, dans les gaz, les molécules ont une tendance à se repousser qui n'est contrebalancée que par une pression étrangère. Il résulte de là que cette pression venant à dimiouer, le volume de gaz augmente : dans les liquides, le volume reste constant, tant du moins que le corps conserve le même état.

Fig. 50. — Briquet pneumatique.

Enfîn^ ce qui distingue encore les liquides des gaz, c'est la très-faible densité comparative de ces derniers : tandis que le poids d'un litre de liquide s'élève à 13 596 grammes, poids d'un litre de mercure, et ne s'abaisse point au-dessous de 715 grammes, éther, le poids d'un litre de gaz ou de vapeur ne dépasse pas 20 grammes et s'abaisse à 9 centigrammes.

Du reste, dans les gaz comme dans les liquides, le principe d'égalité de pression et celui de l'égalité de transmission des pressions dans tous les sens, sont également indiqués par la théorie et vérifiés par l'expérience ; nous aurons l'occasion d'en donner bientôt des exemples. Revenons aux phénomènes dus à la pesanteur de l'air.

§ n. PRESSION ATMOSPHÉRIQUE,

Nous avons vu que Galilée est le premier qui ait soupçonné cette pression : l'histoire de cette importante découverte est bien connue. C'était en 1640. Des fontainiers de Florence, chargés de construire une pompe dans le palais du grand-duc, furent fort étonnés que l'eau, malgré le bon état où ils avaient mis l'appareil, ne voulût pas s'élever jusqu'à l'extrémité supérieure du tuyau du corps de pompe, c'est-à-dire au delà de 32 pieds (10*", 3 environ). Les savants, ingénieurs et académiciens florentins, consultés sur cette anomalie, ne surent que répondre. On s'adressa à Galilée âgé alors de 76 ans, et dont l'immense réputation de savoir n'avait point été ébranlée par les persécutions. Galilée fit d'abord une réponse évasive, mais la question posée le fit réfléchir ; il soupçonna que la pression de l'air était la cause qui fait monter l'eau jusqu'à cette hauteur, et que X horreur de la nature pour le vide était une explication oiseuse, puisqu'il eût fallu supposer que cette horreur ne se manifestait pas au delà d'une hauteur donnée. Il vérifia d'abord la pesanteur de l'air, en pesant une bouteille dont l'air avait été expulsé par la vapeur provenant

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de rébullilian d une certaine quantité d'eau. Puis il laissa à Ma disciple Torricelli le soin de pousser plus loin la vùriGcatioQ de ses conjectures.

Un au après la mort de Galilée^ Torricelli eut Tidée d'exaler comment se comporterait dans le vide un liquide beaucoup plus dense que Teau^ le mercure.

rig*60* — Eipèiicuce de Torric«l]i«

Fig. 6L — Eipôricncc de Torricelli -, efTel di U pesanteur de ralmoiphôre.

H II prit un long tube fermé par un bout, qu il eiiiplit de ce liquide; puis, termant avec le doigt rextrémilé ouverte du lubC) de manière à eraprchcr le lii[iiide de tomber et Tair de pénétrer, il plongea cette extrémité daus un vase plein ile mercure; abandonnant alors le liquide à lui-même, il maintinl le tube dans une posîlion verticale (fig. 60 et 61 \ TorriceUi vit alors le liquide descendre du sommet , et a|>r6s

quelques oscillations s'arrêter à un niveau qui demeura à peu près invariable, à 28 pouces (76 centimètres) au-dessus du niveau du mercure dans le vase.

Si ridée de Galilée était juste, et que la colonne d'eau de 32 pieds fût bien maintenue par la pression de l'atmosphère, la même pression devait élever le mercure, 13 fois et demie plus lourd que Teau, à une hauteur 13 fois et demie moindre. Or, 28 pouces est en effet une longueur 13 fois et demie moindre que 32 pieds.

Telle est, dans sa simplicité, cette grande découverte ; tel est le tube de Torricelli, ou, comme on le nomme de nos jours, le baromètre^ instrument servant à mesurer la pression de l'atmosphère.

Ce ne fut pas sans résistance que les explications de Torricelli sur l'élévation de Peau et du mercure triomphèrent auprès des savants de son époque. Mais de nouvelles expériences imaginées par Pascal ne permirent plus aucun doute. Il se dit que si la pesanteur de Pair est réellement la cause des phénomènes observés, la pression devait être moindre à mesure qu'on s'élèverait dans l'atmosphère, et que la colonne gazeuse superposée au niveau extérieur du liquide serait moindre. La hauteur du mercure dans le tube de Torricelli doit donc être plus petite au sommet d'une montagne que dans la plaine. De là, les expériences célèbres qu'il fit faire à Périer, son beau-frère, sur le Puy-de-Dôme, et celles qu'il exécuta lui-même au bas et au sommet de la tour Saint- Jacques la Boucherie. Les résultats furent de tout point conformes aux prévisions tirées de la théorie nouvelle *.

1. « J*ai imaginé, écrivait Pascal à Périer, une expérience qui pourra lever tous les doutes, si elle est exécutée avec justesse. Que Ton fasse Texpérience du vide plusieurs fois, en un même jour, avec le même vif-argent, au bas et au sommet de la montagne du Puy qui est auprès de notre ville de Glermont. Si, comme je le pense, la hauteur du vif-argent est moindre en haut qu'en bas, il s'ensuivra que la pesanteur ou pression de l'air est la cause de cette suspension, puisque, bien certainement, il y a plus d'air qui pèse sur le pied de la montagne que sur son sommet, tandis qu'on ne saurait dire que la nature abhorre le vide en un lieu plus qu'en l'autre. »

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La hauteur du mercure daus le tube de Torricelli est indépendante du diamètre du tube , pourvu toutefois que ce diamètre ne soit pas très-petit; car alors, d'autres forces que nous étudierons ont une grande influence sur les niveaujc des liquides. Ce résultat est une conséquence toute naturelle de l'égale transmission des pressions dans les liquides : la colonne de mercure agit par son poids sur tout le mercure de la cuvette, de sorte que chaque élément de surface égal à la section du tube est pressé également par ce poids. Et comme il est en équilibre^ c'est que la pression de Tair sur ce même élément est précisément égale à la première.

Que faut-il conclure de là? C'est que la masse de Tatmosphère pèse sur la surface du sol, comme si cette surface était partout recouverte d'une couche de mercure d'environ 76 centimètres de hauteur.

Ajoutons que la pression dans Tair se transmettant également et dans tous les sens, le poids de Tatmosphère se fait sentir partout où Tair pénètre et reste en communication avec l'atmosphère même, à l'intérieur des maisons, des cavités, comme à Tair libre et sur la périphérie des corps. C'est ^ qui explique pourquoi tous les corps situés sur le sol ne int point écrasés par cette énorme pression qui n'est pas, en moyenne, moindre de 10 333 kilogrammes sur chaque surface d'un mètre carré.

La surface du corps humain étant à peu près d'un mètre et demi, pour une personne de moyenne taille et de »nne corpulence, chacun de nous supporte en tout temps une chai*g»* qui vaut environ 15 iiOU kilogrammes. Que cette charge ne nous écrase pas sur le sol, nous venons d'en donner la raison : toutes les pressions exercées sur chaque point de notre corps se font équilibre. Mais, que nous ne soyons pas broyés sous Teffort de ces pressions conti'aires, c'est ce qui semble au premier abord im ompréliensible. La raison en est simple ; tous les fluides contenus dans notre organisme réagissent contre la pression de Tatmosphère, et cest cette

incessante réaction qui explique l'insensibilité naturelle oii nous sommes, et l'absence des phénomènes que la pression de l'air ferait tout d'abord supposer. Cette réaction n*est d'ailleurs pas une simple hypothèse, comme le prouve Tappli* cation des ventouses. Ce sont de petits vases en métal ou en verre, qu'on applique sur la peau; le vide étant fait à leur intérieur, la peau se gonfle, les petites veines crèvent, et le sang afflue, parce qu'il n'est pins maintenu dans les vaisseaux par la pression atmosphérique.

On fait dans les cours de physique, pour rendre évidente l'énergie de la pression atmosphérique, quelques expériences intéressantes que nous allons rapidement décrire.

L'une des plus anciennement connues est celle des deux hémisphères de Magdebonrg ; elle est due à Otto de Guerike.

Deux hémisphères en cuivre pouvant s'emboîter Fun dans l'autre, de manière à former une sphère creuse, s'adaptent par un robinet au conduit de la machine pneumatique (fig, 62). Tant qu^ils sont pleins d'air, il suffit du plus léger eflbrt pour les séparer. Mais quand le vide est fait à Tintérieur de la sphère , il faut un effort considérable pour déterminer la séparation, comme il est aisé de s'en rendre compte, puisque la pression sur deux hémisphères de 2 décimètres seulement de diamètre est déjà sur chacun d'eux de 324 kilogrammes. Dans une de ses expériences, l'illustre bourgmestre de Magdeboui^ fit tirer chaque hémisphère par quatre forts chevaux sans parvenir à les séparer: le diamètre étant de f»5 centimètres, la pression était de 3128 kilogrammes. La pression totale sur les hémisphères est plus grande que ne le marquent ces nombres; mais il ne s'agit ici que de la somme de ceUes qui s'exercent dans la direction de la résistance, lesquelles équivalent de chaque côté à la pression sur un cercle de même diamètre que la sphère.

L'expérience du crève -vessie consiste à faire le vide dans un vase dont rouverture a été recouverte d'une mem--

demment à la rentrée subite de Tair dans la capacité vide du vase.

Un fruit, une pomme par exemple appliquée sur le contour aminci d'un tube métallique à Tintérieur duquel on fait le vide, pressée par le poids de la colonne atmosphérique, est coupée par les bords du tube et pénètre ainsi à Tintérieur. C'est Texpérience du coupe-pomme.

Enfin, on fait encore une expérience curieuse qui démontre la pression de Tair sur la surface des liquides. Une cloche cylindrique en verre, montée sur une garniture mécanique, est munie d'un tube à robinet qui permet de la visser sur la machine pneumatique et de faire le vide à son intérieur. Le vide fait, on plonge l'extrémité inférieure du tube dans une cuvette remplie d'eau , et l'on ouvre le robinet qui permet la communication de l'intérieur du vase avec le liquide. La pression atmosphérique qui s'exerce sur l'eau de la cuvette fait alors jaillir un jet qui va frapper les parois supérieures de la cloche (fig. 64).

§ IIL LE BAROMÈTRE.

Dans tout ce qui précède, nous avons supposé que le poids de la colonne d'air était la seule cause de la pression atmosphérique, que cette pression était constante et équivalait, sur une surface donnée, au poids d'une colonne d'eau de 10 met. 33 ou à celui d'une colonne de mercure de 76 centimètres, ayant même section que la surface. Mais l'expérience prouve que cette pression est sujette à des variations, même quand l'altitude du lieu ne change pas. Nous étudierons plus tard ces variations dans leur rapport avec les phénomènes météorologiques; mais il faut pour cela posséder un instrument qui les constate. Cet instrument, qui en principe n'est autre que le tube de Torricelli, et qu'on nomme le baromètre^ mérite d'être décrit en détail. Il a reçu des dispositions diverses, selon l'usage auquel il est destiné, et dans le but de rendre ses indications précises.