CHAPITRE VI

Nous avons parlé précédemment des toupies chromatiques qui se rattachent aux expériences de la vision des couleurs. II n’est personne qui ne connaisse la vulgaire toupie, et nous ne croyons pas qu’il soit utile d’en donner la description ; mais nous parlerons avec détails de la remarquable toupie magique, qui offre de nombreux sujets d’observations et d’études au point de vue de la mécanique. Composé d’un disque massif muni d’un axe pouvant tourner sur deux pivots reliés par un cercle de métal, ce jouet au repos n’offre rien de particulier, c’est un ensemble complètement inerte qui, comme tous les corps, obéit aux lois de la pesanteur. Mais vient-on à imprimer au disque un mouvement de rotation rapide, tout change, ce corps inerte semble avoir pris une vie propre ; si nous essayons de la déplacer, il résiste et semble vouloir forcer la main qui le tient, à le suivre dans certaines directions et à exécuter des mouvements différents de ceux qu’elle cherche à lui imprimer.

Bien plus, il paraît s’étre affranchi dans une certaine mesure des lois de la pesanteur ; si nous le plaçons sur son pivot, au lieu de tomber comme il le ferait lorsque le disque est immobile, il

va conserver la position horizontale ou inclinée que nous lui avons donnée, l’extrémité libre de son axe décrivant lentement un cercle horizontal autour du point d’appui de l’autre extrémité.

Peu de personnes sont assez familiarisées avec les théories de la mécanique rationnelle pour comprendre ces phénomènes, et

Fig. 157. — La toupie magique. (Page 220.)

souvent la toupie achetée pour amuser un enfant devient un objet d’étonnement ou d’étude pour son entourage.

Nous ne prétendons pas ici exposer mathématiquement les raisons qui font que les faits ne peuvent se passer autrement que nous le voyons, mais le principe de mécanique sur lequel a été construite cette toupie ayant une grande importance scientifique, nous voulons l’exposer en quelques mots à nos lecteurs.

Il suffit d’avoir quelques notions de mécanique pour savoir

qu’un corps en mouvement, soumis à l’action d’une force tendant à lui imprimer un autre mouvement suivant une direction différente, suivra une troisième direction qui est dite résultante des deux autres, cette résultante se rapprochant d’autant plus d’une des directions primitives que le mouvement correspondant est plus rapide par rapport à l’autre. Si, par exemple, vous frappez une bille qui passe devant vous, de manière à la chasser normalement à sa direction, elle ne semblera obéir qu’en partie à votre impulsion et continuera sa marche suivant une direction oblique, la vitesse qu’elle avait déjà, se composant avec cette impulsion, pour produire le mouvement résultant. Si elle passe très vite et que vous frappiez doucement, elle se dérangera à peine de sa direction. Si au contraire elle va lentement et qu’elle reçoive un choc violent, elle s’échappera presque exactement dans la direction dans laquelle elle a été frappée.

Eh bien, ce qui se passe lorsqu’un corps tend à prendre en même temps deux mouvements de translation, se produit encore lorsqu’il s’agit de mouvements de rotation ; c’est-à-dire que si une force vient agir sur un corps en rotation de manière à lui imprimer un mouvement de même nature autour d’un autre axe, il en résultera un troisième mouvement autour d’un troisième axe dont la direction se rapprochera le plus de celui autour duquel se fait la rotation la plus rapide. Appliquons ce principe très simple à notre toupie, et nous allons voir immédiatement que la magie n’a absolument rien à revendiquer dans ces mouvements si bizarres au premier abord.

Lorsque après l’avoir lancée, nous la posons sur son pivot, son axe soutenu, horizontalement par exemple, par une de ses extrémités, nous avons en présence deux mouvements : d’abord celui que nous lui avons imprimé, et en second lieu le mouvement de rotation que tend à lui faire prendre la pesanteur, autour d’un second axe également horizontal, passant parle point d’appui et perpendiculaire au premier. 11 en résultera donc une rotation autour d’un troisième axe placé entre les deux premiers, c’est-àdire également dans le plan horizontal passant par le pivot. Mais

tandis que Taxe matériel de la toupie, pour obéir à ce mouvement résultant, ira prendre sa nouvelle position, la pesanteur continuant à agir, Faura de nouveau déplacé et porté un peu plus loin, de sorte qu’en cherchant à atteindre cette position d’équilibre que la pesanteur fait constamment fuir devant lui, il tournera autour du point d’appui (fîg. to7).

D’après ce que nous avons dit, on comprendra facilement que plus le mouvement imprimé à la toupie sera rapide, celui dû à la pesanteur restant constant, plus l’axe du mouvement résultant sera près de son axe matériel, et conséquemment plus le mouvement de rotation de l’ensemble autour du pivot, sera lent.

Ainsi s’explique facilement ce fait, en apparence incompréhensible, de la pesanteur, force verticale, produisant un mouvement de rotation dans un plan horizontal.

On explique avec la même facilité par des raisonnements analogues, eten tenant compte des résistances passives, pourquoi l’axe de la toupie s’incline peu à peu, à mesure que la vitesse propre de cette dernière décroît et qu’augmente la vitesse de rotation autour du point d’appui; pourquoi elle tombe immédiatement si un obstacle s’oppose à ce dernier mouvement ; pourquoi enfin elle produit sur la main qui la tient, des réactions qui étonnent tant les personnes qui la saisissent pour la première fois.

On énonce souvent le principe que nous venons d’expliquer en disant que tout corps en rotation rapide, reste dans son plan et n’en peut être écarté que par une force considérable; c’est là une rédaction vicieuse. On doit énoncer ce principe de la manière suivante : Un corps en rotation rapide tend à rester dans son plan, c’est-à-dire que son axe tend à rester toujours parallèle à luimême, et, au lieu d’obéir simplement à toute force tendant à changer sa direction, par suite de la combinaison des deux mouvements simultanés, il se produit un déplacement de l’axe, en général beaucoup plus faible et d’une autre nature que celui que produirait cette force sur le même corps au repos.

Une des plus belles applications qui aient été faites de cette théorie est due à M. Foucault. Le (gyroscope qui porte son nom

est un disque pesant, dont Taxe est supporté par une suspension à la Cardan, de manière à pouvoir, quelle que soit la position de l’attache du système, conserver dans l’espace une direction constante. De sorte que si le disque est, au moyen d’un mécanisme spécial, mis en rotation rapide, on pourra faire subir à cette attache tons les déplacements possibles sans faire varier le plan dans lequel se meut le gyroscope. En supposant donc ce point d’attache fixé d’une manière relativement immobile, mais entraîné par le mouvement de la terre elle-même, le plan de rotation du disque seul ne participera pas entièrement à ce mouvement. Il sera bien, il est vrai, à moins d’être placé rigoureusement au pôle, entraîné dans le mouvement de translation général, mais il restera constamment parallèle à lui-même et semblera se déplacer par rapport aux objets environnants qui obéissent plus complètement que lui au mouvement de rotation du globe autour de ses pôles. Ainsi se trouve donc pris sur le fait et démontré de visu le mouvement de notre planète.

C’est en vertu du même principe que nous voyons se passer tous les jours, sous nos yeux, une foule de phénomènes avec lesquels nous sommes tellement familiarisés qu’ils ne nous frappent plus. Ainsi, c’est parce que le cerceau tend à rester dans son plan de rotation qu’il roule droit sans tomber ni dévier ; c’est pour la même raison que les toupies tournent verticalement sur leur pointe ou, lorsqu’elles sont inclinées, décrivent une série de cercles concentriques ; qu’un jongleur tient si facilement sur la pointe d’une baguette une assiette à laquelle il imprime adroitement un mouvement de rotation rapide, etc., etc.

C’est aussi grâce à cette propriété des corps tournants qu’on a pu se servir, dans l'artillerie, de projectiles cylindriques ou coniques. En effet, les rayures hélicoïdales du canon de l’arme faisant tourner très rapidement ces projectiles sur eux-mêmes, leur axe conserve une direction invariable pendant tout leur parcours et ils viennent frapper le but de leur pointe. Sans ce mouvement de rotation, ilspirouetteraientirrégulièrementdansl’espace, et, outre ([ue toute précision dans le tir serait impossible, la résistance

de l’air diminuerait leur portée dans une énorme proportion.

Le gyroscope, instrument aujourd’hui commun et familier à tous les savants, n’en est pas moins l’objet d’un problème dont on n’a pas encore trouvé la solution. On l’a en effet surnommé le paradoxe de la mécanique; car, bien qu’il dépende de la gravitation, cette gravitation semble néanmoins lui être indifférente.

Fig. 158. — Les pantins de sureau de l’électrophore d’ébonite de M. J. Peiffer. (Page 225.

l’électrophore peiffer.

11 nous paraît intéressant de signaler un charmant petit jouet, qui obtient un très grand succès auprès des enfants, et qui a le mérite incontestable de les initier de bonne heure à tous les principaux phénomènes de l’électricité statique, de leur apprendre la physique en s’amusant. C’est un petit électrophore imaginé par M. J. Peiffer, et réduit à un tel degré de simplicité, qu’il consiste uniquement en une mince plaque d’ébonite, de 1 millimètre d’épaisseur, et de la grandeur d’une grande feuille de pa- Tissandier. — Récréations, édition. 15

pierà lettres. Le disque de bois étamé de Télectrophore classique qui se trouve décrit dans tous les traités de physique est remplacé par une petite feuille d’étain de la dimension d’une carte à jouer, et collée sur une des faces de la plaque d’ébonite.

L’électrophore d’ébonite produit l’électricité avec une remarquable facilité. Vous le posez à plat sur une table de bois, vous le frottez successivement sur ses deux faces avec la main bien ouverte ; si vous lé soulevez en le tenant de la main gauche, et si vous approchez la main droite de la feuille d’étain collée sur une de ses faces, vous en ferez jaillir une étincelle de 1 à 2 centimètres de long.

L’électrophore d’ébonite est complété par une série de petits pantins de sureau, qui permettent de manifester d’une façon très amusante les phénomènes d’attraction ou de répulsion électriques. Électrisez le plateau d’ébonite, placez sur la feuille d’étain les trois petits pantins de sureau qui se joignent à l’appareil, soulevez le plateau pour l’isoler de son appui. Voici un petit personnage qui lève les bras vers le ciel, en voici un second, dont les cheveux de soie se hérissent, en voilà un troisième plus léger que les autres qui s’élance comme un clown et qui s’échappe en voltigeant, avec les deux petites balles de sureau qui ont été également placées à côté de lui. Nous avons groupé en une seule figure les trois petits personnages, mais on les fait habituellement fonctionner isolément (fig. 158).

M. Peiffer a réuni dans une boîte tous les accessoires connus d’une machine électrique : une petite bouteille de Leyde en miniature, un carillon électrique, le pistolet de Volta, le carreau étincelant, un tube de Geissler, etc. ; toutes ces expériences sont réduites à leur plus simple expression et les appareils qu’elles nécessitent tiennent dans une boîte de carton ; ils sont rangés à côté de l’électrophore d’ébonite qui se trouve ainsi remplacer une machine électrique encombrante et d’un fonctionnement délicat.

M. J. Peiffer complète enfin son petit cabinet portatif de physique électrique par une brochure très substantielle qui sert

de guide au jeune physicien et lui enseigne les premières notions de la science.

« Il est facile de comprendre, dit M. Peiffer dans sa préface, combien on peut et combien on doit, pour l’instruction de l’enfant, tirer parti de ses facultés naissantes. Youlez-yous les utiliser fructueusement? Mettez-lui entre les mains des jouets qui, sous une forme attrayante, le familiarisent de bonne heure et sans fatigue avec des sciences dont plus tard la connaissance lui sera absolument indispensable, et cela en l’amusant bien plus qu’avec des joujoux qui depuis si longtemps sont toujours les mêmes. «

Voilà de bonnes et saines paroles auxquelles nous nous associons pleinement. Oui, la science bien comprise, bien enseignée, peut être mise à la portée de l’enfance, elle doit animer les jouets, et servir à la culture des jeunes intelligences, comme plus tard elle contribue à assurer le développement des travaux de l’homme fait.

Après avoir décrit la toupie magique et l’électrophore, nous allons signaler deux ingénieux appareils dus à un habile constructeur, M. Salleron.