LA CHALEUR

L’étude de la chaleur et du caloricjue peut être sommairement entreprise sans aucun appareil.

Fig, 62. — FusioQ de l’étaia dans une carte k jouer. (Page 87.)

Veut-on mettre en évidence le grand pouvoir conducteur des métaux, on applique une fine toile de mousseline sur une masse de métal poli, de manière que le contact soit bien établi. On place sur la mousseline une braise incandescente, dont on excite la combustion par le souffle; la mousseline n’est nullement brûlée, la chaleur est entièrement absorbée par le métal, qui l’en-

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lève à travers le tissu pour la disséminer dans sa masse.

Il est facile de faire fondre de l’étain dans une carte à jouer chauffée sur la flamme d’une lampe à esprit-de-vin (fig. 62).

Il faut avoir bien soin de chauffer la carte avec précaution, et autant que possible dans les parties qui se trouvent en contact avec le métal. La chaleur se trouve entièrement absorbée par l’étain à la fusion duquel elle ne tarde pas à donner naissance.

Les expériences de cette nature nécessitent parfois quelques tâtonnements et quelques exercices préparatoires de la part de l’opérateur ; dans le cas d’insuccès il est bon de recommencer à plusieurs reprises jusqu’à ce que l’on ait obtenu le résultat voulu.

C’est par un effet tout semblable que les métaux nous paraissent froids quand nous y posons la main ; par leur conductibilité, ils enlèvent la chaleur à notre main, et nous donnent cette impression particulière que nous n’éprouvons pas au contact de corps mauvais conducteurs, comme le bois, les tissus de laine, etc.

Une cuillère d’argent est brûlante quand elle plonge dans une tasse de thé bouillant, parce qu’elle conduit bien la chaleur ; une cuillère en bois, en ivoire ou en tout autre corps mauvais conducteur du calorique, ne produit aucunement la même sensation.

La figure 63 montre la manière de faire bouillir de l’eau dans du papier. On façonne une petite boîte en papier comme les écoliers savent en faire ; on la suspend par quatre fils à une tige de bois maintenue horizontalement à une hauteur convenable. On remplit d’eau ce vase improvisé et on le place sur la flamme d’une lampe à esprit-de-vin. Le papier n’est nullement brûlé parce que l’eau absorbe toute la chaleur nécessaire à son changement d’état. Au bout de quelques minutes, cette eau arrive à bouillir, à dégager des vapeurs, et le papier reste intact. 11 est bon d’opérer au-dessus d’une assiette creuse afin que l’eau soit recueillie en cas d’accident. Le vase de papier doit être chauffé de telle façon que la flamme touche seulement les par-

lies qui se trouvent en contact avec l’eau. Partout ailleurs le papier brûlerait immédiatement.

Cette expérience est délicate et nécessite quelques précautions, mais nous l’avons réussie à plusieurs reprises, en la disposant comme la représente notre gravure. La règle servant

Fig. 03. — Ébullition de l’eau dans un vase de papier. (Page 87.)

de support peut être posée horizontalement sur deux carafes.

On peut encore se servir d’une coquille d’œuf comme petite marmite pour chauffer de l’eau. Quand on mange un œuf cà la coque on met de côté la coquille vide et on y verse une petite quantité d’eau ; cela fait, on la soutient par un petit anneau de fil de fer que l’on a préparé à l’avance. Dans ces conditions, elle peut être chauffée sur la flamme d’une lampe à esprit-de-vin sans être en aucune façon endommagée.

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Le petit jouet que représente la gravure ci-dessous (fig. 64) est très ingénieux ; il se rattache aux principes de la dilatation des gaz par la chaleur. Nous l’avons acheté à un marchand en plein air qui le vendait aux passants sous le nom de Diable captif. 11 consiste en un matras de verre mince, fermé à la lampe. Le récipient inférieur est enduit d’un vernis noir qui le rend opaque. On tient ce récipient cà la main : presque aussi-

Fig. 04. — Le diable captif. (Page 89.)

tôt, on voit le liquide intérieur entrer en ébullition et soulever un petit diable en Aerre soufflé qui s’élève dans le col transparent du vase. Si l’on retire la main et que l’on reprenne le petit appareil par sa partie supérieure, le mouvement du liquide s’arrête, et le diable retombe dans le récipient où il est emprisonné.

La coupe du petit- appareil (fig. 65) en fera comprendre le mode de fonctionnement.

Tous les gaz se dilatent sous l’influence de la chaleur : or, l’on

voit ici que le tube supérieur se termine en un tube capillaire, plongeant dans la petite ampoule. Une certaine quantité d’air se trouve renfermée en A A dans l’ampoule : si vous chauffez

cet air avec la main, il se dilate, repousse le liquide dans le

tube capillaire et le fait monter dans le grand tube, entraînant le petit flotteur de verre ; quand tout le liquide est chassé de l’ampoule, c’est l’air lui-même qui passe- dans le grand tube, et comme il traverse le liquide, celui-ci paraît être en ébullition.

La figure 66 donne la disposition d’une remarquable expérience fort peu connue, sur la regélation de la glace. On pose un bloc de glace sur les bords de deux chaises de fer, ou de tout autre support ; on l’entoure d’un

fil de fer, auquel on suspend un poids de 5 kilogrammes. Le fil de fer pénètre peu à peu dans la masse du bloc de glace ; après deux heures environ, il l’a traversé tout entier et le poids tombe • à terre avec le fil de fer.

Qu’arrive-t-il du bloc de glace? Vous supposez sans doute qu’il est coupé en deux. En aucune façon, il est intact, en un seul morceau, comme auparavant. A mesure que le fil de fer a pénétré dans la masse, la fente qu’il a ouverte s’est refermée par la regélation.

La glace ou la neige pendant l’hiver peuvent servir à un assez grand nombre d’expériences relatives à la chaleur. Si l’on veut démontrer l’influence des couleurs sur le pouvoir rayonnant, on prend deux morceaux de drap de même grandeur, dont l’un est de couleur blanche et l’autre de couleur noire ; on les pose tous les deux sur la neige, autant que possible quand un rayon de soleil brille dans le ciel. Après un espace de temps assez court, on constate que la neige placée sous le drap noir a fondu beaucoup plus abondamment que celle qui se trouve au-dessous du drap blanc ; c’est que le noir absorbe de la chaleur beaucoup plus que le blanc, qui tend au contraire à la réfléchir. En touchant de

Fig. 65.

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la main les deux draps, on s’aperçoit très nettement de la différence de température. Le drap blanc paraît frais en comparaison du drap noir.

Ces faits très simples nous expliquent pourquoi l’on se sert habituellement de vêtements de couleur blanche dans les pays

Fig. 66. — Expérience sur la regélation de la glace. (Page 90.)

chauds : c’est parce qu’ils ont un pouvoir rayonnant considérable.

Est-il nécessaire d’indiquer des expériences sur la dilatation des corps? On peut en faire partout avec une infinité d’objets ; de l’eau placée dans un ballon à col effilé, et approché du feu, permettra de constater la dilatation des liquides sous l’influence de la chaleur. On pourra façonner ainsi un véritable thermomètre.

Il est facile de se] rendre compte, d’une manière analogue, de la dilatation des corps solides sous l’action de la chaleur; mais nous n’insisterons pas sur ce genre d’expériences qui se trouvent décrites dans les traités spéciaux.

l’acoustique et les sons.

L’étude de l’acoustique peut être abordée par la Physique sans appareils, comme celle des autres branches de la physique. Voici une expérience très intéressante qui donne une très bonne idée de la transmission des sons par les corps solides. On attache une cuiller d’argent ou de ruolz à un fil; on enfonce les deux extrémités de ce fil dans chaque oreille, comme le montre la figure 67 ; cela fait, on imprime un mouvement de balancement à la cuiller, et on lui fait ainsi toucher le bord d’une table ; la transmission du son est si intense au moment du choc de la cuiller contre la table, que l’on croirait entendre résonner un bourdon de cathédrale.

Vous prenez légèrement une montre à l’aide d’une paire de pincettes, dont vous placez la poignée supérieure tout contre votre oreille (fig. 68) ; le tic-tac s’entendra aussi distictement que si la montre était appuyée elle-même contre l’oreille. Si vous retirez la pincette en laissant la montre à la même place, vous vous rendrez compte, par la différence de l’audition^ de l’excellente conductibilité des métaux pour le son.

Ces expériences expliquent parfaitement la transmission de la paroles par le téléphone à ficelle, autre appareil que l’on peut fabriquer soi-même avec la plus grande facilité. On adapte des rondelles de carton au fond de deuxcylindres de fer-blanc, delà grosseur d’un verre de lampe et de 10 centimètres de hauteur. Si l’on réunit les deux cartons par un fil de soie long de 15 à 20 mètres, on pourra transmettre la parole d’un bout àl’autre de cette cordelette. Celui qui parle faitentendresa voix dans le premier cylindre; celui qui écoute appuie l’autre cylindre contre son oreille.

On a imaginé des appareils analogues à l’usage des personnes

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sourdes ; ce sont des baguettes de bois à l’extrémité desquelles on parle, tandis que l’autre extrémité est placée dans l’oreille de la personne atteinte de surdité.

Parmi les expériences exécutées dans les cours par des professeurs ayant à leur disposition tout un cabinet de physique, et qui,

Fig. 67. — Conductibilité du son par les corps solides. (Page 02. )

au premier abord, semblent très compliquées, il en est cependant quelques-unes que l’on peut reproduire, avec des objets usuels. Est-il une expérience d’acoustique plus intéressante que celle de M. Lissajous, et qui consiste, comme le savent nos lecteurs, à projeter sur un tableau, à l’aide de la lumière oxhydrique, les courbes vibratoires tracées par l’extrémité de l’une des branches d’un diapason rendant un son? 11 est très facile d ’exé-

cuter une expérience analogue au moyen d’une simple aiguille à tricoter. Vous plantez solidement la tige flexible d’acier dans un bouchon qui lui sert de support ; vous fixez à son extrémité supérieure, restée libre, une petite boule de cire à cacheter où vous collez une rondelle de papier de la dimension d’un pois.

Fig. 68. — Le tic-tac d’une montre entendu à l’extrémité d’une paire de pincettes. (Page 92.)

Si vous tenez solidement le bouchon d’une main, et que vous lassiez fortement vibrer l’aiguille, soit en l’écartant de sa position d’équilibre et en l’abandonnant à elle-même, soit en la frappant d’un coup énergique au moyen d’une règle de bois, vous verrez la petite boule de cire munie d’un index, décrire très nettement une ellipse plus ou moins allongée ou une circonférence, suivant l’intensité ou le nombre des vibrations. Le phénomène

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est très sensible quand on a soin de faire vibrer la tige près d’une lumière qui l’éclaire bien; dans ce cas, la persistance des impressions sur la rétine permet de voir en même temps la verge vibrante tout entière dans ses positions successives, et on croirait avoir sous les yeux l’image fugitive d’un vase co-

Fig. 60. — Expérience sur la vibration des verges. (Page 94.)

nique très allongé, comme un verre à champagne (fig. 69).

11 est facile de démontrer que le son met un certain temps pour se propager d’un point à un autre. Quand on voit au loin un charpentier qui enfonce un pieu, on reconnaît que le son produit par le choc du marteau contre le bois, n’arrive à l’oreille que quelques secondes après le contact des deux objets. On voit jaillir la flamme produite par la combustion de la poudre dans un

fusil, bien avant d’entendre le son j3roduit par l’arme à feu, à condition toutefois qu’on se trouve à une distance assez considérable.

On peut montrer la génération de la gamme en découpant de petites plaques de bois de différentes grandeurs, et en les jetant successivement sur une table ; les sons produits sont différents

Fig. 70. — Les verres chanteurs. (Page 96.)

suivant la grandeur des morceaux découpés. Le même effet peut s’obtenir beaucoup mieux à l’aide de verres à pied plus ou moins remplis d’eau. On les frappe avec une baguette ; ils rendent un son, que l’on modifie en versant dans le verre une quantité d’eau plus ou moins considérable. Si l’opérateur est doué d’une oreille musicale, il peut obtenir par tâtonnement une véritable gamme au moyen de sept verres qui donnent chacun leur note (fig. 70). Un morceau de musique peut être joué par ce procédé. Les verres chanteurs produisent un son argentin souvent très pur.

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Tissandier. — Récréations, 4« édition,

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LA LUMIÈRE ET l’oPTIQUE.

Après avoir meotionné quelques expériences d’acoustique, nous aborderons l’étude élémentaire de l’optique.

On est souvent embarrassé pour se rendre un compte à peu près exact de la valeur de deux éclairages. Rien pourtant n’est plus facile, comme on va le voir.

Dans la comparaison de divers éclairages, il y a lieu de tenir compte de la dépense à l’heure, de la couleur de la lumière, de la valeur lumineuse de la source, et beaucoup de la fixité absolue de la flamme.

La valeur lumineuse d’un bec se compte liabituellement en bougies, et on prend pour t^pe celles de 10 au kilogr. Des photomètres de précision servent à faire cette étude quand on la veut d’une grande rigueur; mais il est facile de se créer un matériel bien suffisant pour se rendre compte des divers éclairages usuels.

Supposons qu’il faille apprécier, soit deux lampes de différente intensité, soit la valeur en bougies d’une source lumineuse, c’està-dire comparer une lampe et une bougie. On disposera sur une table les deux foyers lumineux à égale hauteur, B et G (fig. 71), puis en avant, on placera un corps opaque A, et enfin une grande feuille de papier sera mise auprès du corps opaque le plus verticalement possible, et formera ainsi un écran.

Allumant alors B et G on produira deux omhres E et F auxquelles on arrivera facilement à donner exactement la même intensité en avançant ou reculant l’une des deux sources de lumières.

Geci obtenu, les intensités lumineuses seront inversement proportionnelles aux carrés des distances mesurées AB t AG.

Si le photomètre est facile à construire, les principes de l’optique peuvent aussi être démontrés très pratiquement et à peu de frais.

Pour mettre en évidence les effets de la réfraction, il suffît de plonger un hâton dans l’eau, on le voit prendre l’apparence d’un

bâton cassé. On peut encore placer une pièce de monnaie au fond d’une cuvette et se baisser peu à peu jusqu’au moment où le bord formant écran, on cesse de voir la pièce au fond du vase. Si à ce moment un opérateur remplit la cuvette d’eau, la pièce de monnaie apparaît comme si le fond s’était élevé.

Les lentilles de verre employées par les physiciens sont très bien remplacées par une simple carafe ronde remplie d’eau. Une

Fig. 72. — Une carafe employée comme lentille convergente. (Page 100.)

bougie est allumée dans l’obscurité; si l’on place la carafe entre cette bougie et un mur formant écran, on voit l’image renversée de celle-ci se former au moyen de cette'lentille convergente improvisée (fig. 72).

Un ballon de verre constitue un excellent microscope. 11 suffit de le remplir d’une eau bien claire et très limpide, et de le fermer au moyen d’un bouchon. Un fil de fer enroulé autour de son col, et relevé de manière à ce que l’une de ses extrémités vienne aboutir vers son foyer, sert de support à l’objet que l’ori veut

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considérer sous un grossissement de quelques diamètres. Si une mouche, par exemple, est fixée à l’extrémité de cette tige, on la voit très amplifiée, en la regardant à travers la boule de verre (fig. 73). Il suffit de considérer l’insecte à travers le ballon rempli d’eau, et l’on distingue les détails de son organisme grâce à

Fig. 73. — Microscope simple formé par un ballon de verre rempli d’eau. (Page 101.)

cette loupe bien facile à construire. Ce petit appareil peut encore servir à augmenter l’intensité d’un foyer lumineux de faible puissance, tel qu’une bougie allumée. 11 est souvent employé à cet effet par les ouvriers horlogers.

Si l’on expose une carafe pleine d’eau sur une table, aux rayons du soleil et que l’on place la tête d’une allumette chimique dans la portion la plus brillante de la caustique formée par les rayons

réfractés, rallumette ne tardera pas à s’enflammer. L’expérience m’a réussi même par le soleil d’octobre, à plus forte raison dans les temps chauds.

Je parcourais un jour les galeries du Conservatoire des arts et métiers à Paris, alors qu’elles sont ouvertes au public et que la

Fig. 74. — Déformation des images dans une cafetière d’argent. Miroirs concaves et convexes.

(Page 103.)

foule y afflue ; le nombre des visiteurs qui se pressaient dans le cabinet d’optique devant les curieux miroirs concaves et convexes, où les objets se déforment et prennent un aspect si singulier, était si considérable, que les gardiens devaient faire défiler méthodiquement les curieux. C’étaient des rires de joie de la part des enfants, des cris à n’en plus finir, quand ils apercevaient l'image de leur visage, allongée de haut en bas dans un des mi-

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roirs, ou aplatie latéralement dans un autre. Voilà, me disais-je, des observations d’optique bien simples, qui obtiennent un bien grand succès; peu de personnes songent à les faire, et tout le monde a cependant le moyen de les exécuter. 11 suffît de se regarder dans le creux d’une cuiller bien polie qui forme un

Fig. 75. — Bulle de savon formée à l’extrémité d’un fétu de paille. Phénomène des anneaux colorés.

(Page 104.)

miroir concave, ou à la surface d’une cafetière d’argent. La partie bombée de celle-ci constitue un excellent miroir convexe, et quand on en approche la main, on voit l’image s’agrandir, et se déformer comme dans les beaux appareils du Conservatoire des arts et métiers (fig. 74).

Les phénomènes les plus remarquables, les plus brillants, ne sont pas toujours ceux qui exigent les appareils les plus compli-

qués. Quoi de plus joli qu’une bulle de savon (fig. 75), formée bien facilement à l’extrémité d’un fétu de paille?

« A l’origine, dit notre savant ami, M. A. Guillemin, auquel nous empruntons les excellentes choses qu’il a écrites à ce sujet, (juand la sphère liquide n’a encore qu’un faible diamètre, la

Fig. 76. — Bâton de cire à cacheter électrisé attirant une balle de liège. (Page 106.)

pellicule qui en limite les contours est incolore et tran sparente. Feu tà peu l’air qu’on insuffle à l’intérieur, pressant également de toutes parts la surface concave, agrandit le diamètre aux dépens de l’épaisseur ; c’est alors qu’on voit apparaître, faibles d’abord, puis plus vives, une série de couleurs naissant les unes à la suite des autres, et formant par leur mélange une multitude de teintes irisées, jusqu’au moment oii la bulle, diminuant d’épaisseur.

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n’offre plus une résistance suffisante à l’action du gaz qu’elle renferme. Des taches noires se montrent alors au sommet, et bientôt la bulle crève. Cette expérience si simple, cette récréation enfantine, qui offre tant d’attraits aux yeux de l’artiste amoureux des couleurs, n’est pas moins belle et moins intéressante aux yeux

Fig. 77. — Attraction d’une pipe par un verre électrisé. (Page 106.)

du savant. Newton en a fait l’objet de ses études et de ses méditations, et depuis ce grand homme, les couleurs de la bulle de savon tiennent une place légitime parmi les plus curieux phénomènes de l’optique ; on les étudie en physique sous la dénomination anneaux colorés dans les lames minces. »