PREMIERE PARTIE. — LETTRE IX
faire entrer plus avant. Quelque force même qu'on employât, on n'avancerait absolument rien, et on ferait plutôt crever le tuyau que de réduire l'eau dans un espace tant soit peu plus petit1. Voilà donc une différence essentielle entre l'air et l'eau , c'est que l'eau n'est susceptible d'aucune compression, au lieu que l'air peut être comprimé autant qu'on veut. Or, plus on comprime l'air, plus il devient dense ou épais; ainsi l'air qui a occupé un certain espace quand il est réduit ou comprimé dans un espace deux fois plus petit , devient deux fois plus dense ; quand il est comprimé dans un espace 10 fois plus petit, il devient 40 fois plus dense, et ainsi de suite. J'ai déjà remarqué que s'il devenait 800 fois plus dense, il aurait la même densité que l'eau et serait aussi pesant, car la pesanteur croît en même raison que la densité. L'or est le corps le plus pesant que nous connaissions, et partant aussi le plus dense 2. On a trouvé qu'il est 19 fois plus pesant que l'eau, et qu'une masse d'or en forme d'un cube dont la longueur , largeur et hauteur seraient chacune d'un pied, pèserait 19 fois plus qu'une semblable masse d'eau. Or cette masse d'eau pèse 70 livres; donc ladite masse d'or pèserait 19 fois 70, c'est-à-dire 1330 livres. Donc. si l'on pouvait comprimer l'air jusqu'à ce qu'il fût réduit dans un espace 19 fois 800, c'est-à-dire 15,200 fois plus petit, il deviendrait aussi dense et aussi pesant que l'or. Mais il s'en faut beaucoup qu'on puisse pousser si loin la compression de l'air. D'abord on peut bien faire avancer le piston sans peine, mais plus il est avancé, plus on rencontre de peine à le pousser plus loin ; et avant qu'on puisse parvenir à réduire l'air à un espace 10 fois plus petit, il faut employer tant de forces pour pousser plus loin le piston que le tuyau en crèverait, à moins qu'il ne soit très-fort. Or, non-seulement il faudrait autant de forces pour pousser plus loin le piston. mais il en faudrait autant pour le maintenir, et, dès qu'on le relâcherait, l'air comprimé le repousserait en arrière. Plus l'air est comprimé, et plus il fait d'efforts pour se répandre et pour se rétablir dans son état naturel. C'est ce qu'on nomme le ressort ou Yélasticité de l'air; ce dont je me propose d'entretenir Votre Altesse l'ordinaire prochain.
10 mai 1760.
1. Ceci n'est point parfaitement exact : les liquides sont compressibles jusqu'à un certain point. Les expériences de MM Colladnn et Sturm ont établi que la compressibilité cubique moyenne de l'eau , sous une augmentation de pression d'une atmosphère, est 0,00004965, et que la contraction totale varie proportion-nellement à la pression.
2. Il y a ici une légère inexactitude : le platine déjà connu du temps d'Ëuler] est un peu plus dense que l'or. La densité de l'eau étant prise pour unité, celle du platine est 20,33, tandis que celle de l'or n'est que 19,30.
D\L L'ÉLASTICITÉ D\i L'AJK. 49
Sur la raréfaction et sur l'élasticité de l'air.
Votre Altesse vient de voir que l'air est une matière fluide environ 800 fois plus subtile que l'eau ; de sorte que si l'eau pouvait être répandue dans un espace autant de fois plus grand, et qu'elle devînt par conséquent autant de fois plus subtile, elle serait assez semblable à l'air que nous respirons. Mais l'air a une propriété qui ne convient nullement à l'eau : c'est que l'air se laisse comprimer dans un espace plus petit, d'où il devient plus condensé, comme j'ai eu l'honneur de le prouver l'ordinaire passé. Or nous découvrons dans l'air encore une autre propriété qui n'est pas moins remarquable : on le peut répandre dans un plus grand espace, et le rendre par ce moyen encore plus subtil. Cette opération est nommée la raréfaction de: Vair , par laquelle il devient plus rare ou plus raréfié. On n'a qu'à prendre, comme auparavant, un tuyau ABCD (fi g. 3) au fond duquel AC il y a un petit trouO, atin qu'en faisant entrer le piston jusqu'à o^| — ?--? F, l'air puisse s'échapper par le trou, et qu'il ne cf g h d devienne point condensé. L'air qui occupe main- Fjg- 3-
tenant la cavité ACEF sera donc dans son état naturel , et alors on bouchera bien le trou 0. Ensuite on retire le piston, et l'air se répandra successivement dans un plus grand espace, de sorte que, lorsque le piston aura été retiré jusqu'à G , l'espace CG étant le double de l'espace CF, le même air, qui était contenu dans l'espace ACEF, remplira à présent un espace 2 fois plus grand; il sera donc 2 fois moins dense ou bien 2 fois plus rare. Quand on retire le piston jusqu'en H, de sorte que l'espace CH soit 4 fois plus grand que CF, l'air deviendra 4 fois plus rare qu'il n'était au commencement, étant à présent répandu dans un espace 4 fois plus grand. Et quand même on retirerait le piston si loin que l'espace devint 1 ,000 fois plus grand , l'air se répandrait toujours également par cet espace, et deviendrait partout 1000 fois plus rare. C'est ici que l'air diffère aussi essentiellement de l'eau ; car si la cavité ACEF était remplie d'eau, on aurait beau retirer le piston, l'eau occuperait toujours le même espace qu'au commencement, et le reste demeurerait vide1. De là nous apprenons que l'air est doué d'une
1. Ce vide ne serait pas absolu , à cause de la formation immédiate d'une certaine quantité de vapeur d'eau.
ôo PREMIÈRE PARTIE. — LETTRE X.
force intrinsèque de se répandre de plus en plus, qu'il exerce nonseulement quand il est condensé, mais aussi quand il est raréfié. En quelque état de condensation ou de raréfaction que l'air se trouve, il fait des efforts pour s'étendre dans un plus grand espace, et il se répand actuellement aussitôt qu'il ne rencontre point d'obstacle. Cette force de se répandre est ce qu'on nomme le ressort ou l'élasticité de l'air, et on a trouvé, par de semblables expériences dont je viens de parler, que cette force est proportionnelle à la densité; c'est-à-dire que plus l'air est condensé , plus il fait d'efforts pour s'étendre; et plus il est raréfié, moins il en fait. On me demandera peut-être pourquoi l'air qui se trouve maintenant dans ma chambre ne s'échappe-t-il pas par la porte, attendu qu'il est doué d'une force de s'étendre par un plus grand espace? Votre Altesse y répondra sans doute que cela arriverait infailliblement, si l'air de dehors ne faisait des efforts aussi grands pour s'étendre; or, puisque ces efforts, avec lesquels l'air de la chambre voudrait sortir et celui de dehors entrer, sont égaux , ils se détruisent mutuellement l'un l'autre, et l'un et l'autre air demeure en repos. Or, si l'air du dehors eût acquis, par quelques accidents, une plus grande densité, et partant aussi une plus grande élasticité, il en entrerait une partie dans la chambre, où l'air, étant comprimé, acquerrait aussi une plus grande élasticité ; cela durera jusqu'à ce que l'élasticité de l'air de dedans devienne égaleà cellede dehors. De la même manière, si l'air de la chambre devenait subitement plus dense et son élasticité plus grande que l'air de dehors, alors l'air de la chambre sortirait, et, en perdant sa densité, il perdrait autant de son élasticité, jusqu'à ce qu'il parvienne au degré de l'air de dehors; alors le mouvement cesserait, et l'air de la chambre serait en équilibre avec celui de dehors. Donc aussi dans 1 air libre, 1 air ne sera tran^ quille qu'en tant qu'il a le même degré d'élasticité avec celui des contrées dos environs; et aussitôt que l'air d'une contrée devient plus ou moins élastique que dan- le voisinage, l'équilibre ne saurait plus subsister ; mais où l'élasticité est plus grande , l'air s'étendra et se glissera dans les lieux ou l'élasticité est plus petite, et e'e-t d'un tel mouvement de l'air que résulte le vent. De là vient que dans le môme endroit l'élasticité de l'air est tantôt plus grande, tantôt plus petite; et cette variation est indiquée par un instrument qu'on nomme baromètre, dont la description mérite une explication particulière. Pour à présent , je me borne à cette qualité de l'air dont il est condensé et raréfié, en remarquant que, plus il est condensé, plus il a de force pour s'étendre, ou bien son élasticité devient plus grande; et, au contraire, plus on le raréfie, plus il perd
DE L'KLASTICITK DK L'AIR. 51
de son élasticité. Les physiciens ont inventé une machine par laquelle on peut tant condenser que raréfier l'air, qu'on nomme la machine pneumatique. Elle sert à faire plusieurs expériences tout à fait surprenantes , dont la plupart seront déjà connues à Votre Altesse. Je me réserve de ne parler que de quelques-unes, en tant qu'elles sont nécessaires à éclaircir et expliquer la nature et les propriétés de l'air, qui, contribuant principalement à notre conservation et même à la production de tous nos besoins que la terre fournit, mérite bien qu'on s'en forme une juste idée.
14 mai 1760.
Sur la pesanteur de l'air.
Ayant eu l'honneur de faire voir à Votre Altesse que l'air est une matière fluide douée de cette propriété tout à fait singulière qu'il se laisse comprimer dans un moindre espace, et qu'il se dilate dans un plus grand, les obstacles étant levés; de sorte que l'air est susceptible tant de condensation que de raréfaction : cette propriété est comprise dans les termes de ressort ou d'élasticité qu'on attribue à l'air, puisqu'elle' est semblable à celle d'un ressort qui se laisse resserrer, et qui se débande derechef, les obstacles étant ôtés ; mais outre cela , l'air a aussi une propriété qui lui est commune avec tous les corps en général, c'est la gravité ou la pesanteur, par laquelle tous les corps ont un penchant de tomber en bas, et qui les fait descendre actuellement, lorsqu'il n'y a rien qui les soutienne. Les savants sont partagés et incertains sur la véritable cause de cette, force ; mais il est certain que cette force existe actuellement. Nous en sommes convaincus par l'expérience journalière. Nous en connaissons même la quantité, et nous sommes en état de la mesurer très-exactement. Car le poids d'un corps n'est autre chose que la force qui le pousse en bas ; et puisqu'on peut connaître et mesurer exactement le poids de chaque corps, nous connaissons parfaitement l'effet de la gravité, quoique la cause ou cette force invisible qui agit sur tous les corps pour les pousser en bas nous soit absolument inconnue. Par là nous savons que plus un corps contient de matière, plus il est pesant. Ainsi l'or et le plomb sont plus pesants que le bois ou une plume, puisqu'ils renferment plus de matière dans le même volume ou la même étendue. Donc, paire
que l'air est une matière si subtile et si déliée, son poids et sa pesanteur est aussi si petite qu'elle échappe communément à nos sens; cependant il y a des expériences qui nous en convainquent indubitablement. Votre Altesse a vu qu'on peut raréfier l'air dans un vaisseau ou dans un tuyau; et, par le moyen de la machine pneumatique, on peut pousser la chose si loin que l'air en est tout a fait enlevé, et que la cavité du vaisseau devient tout à fait vide ; ou bien on prend un tuyau ABCD (fig. 4) dans le- G ^1"^= '-',-? quel on met d'abord le piston, en sorte qu'il tou- B che parfaitement le fond et qu'il n'y reste point
Fi&- 4- d'air entre le fond et le piston. Pour y mieux
réussir, il est bon qu'il y ait dans le fond un petit trou G par lequel l'air puisse sortir pendant qu'on pousse le piston jusqu'au fond; et alors on bouche le trou par un bouchon pour être d'autant plus sûr qu'il n'y a point d'air caché ou comprimé entre le fond et le piston. Après cette préparation on retire le piston, et, puisque l'air de dehors ne saurait pénétrer par le tuyau, on aura un parfait vide dans le tuyau, entre le fond et le piston, qu'on peut rendre, en tirant le piston de plus en plus, aussi grand qu'on voudra. Par un tel moyen on peut vider d'air la cavité d'un vaisseau ; et quand on pèse un tel vaisseau vide d'air sur une bonne balance, on trouve qu'il pèse moins que s'il était rempli d'air : d'où l'on tire cette conclusion fort importante, que l'air contenu dans le creux d'un vaisseau en augmente le poids, et partant, que l'air lui-môme a un poids. Si la cavité du vaisseau est si grande qu'elle peut contenir 800 livres d'eau, on trouve, par ce moyen, que l'air qui remplit la même cavité pèse environ une livre ; d'où l'on conclut que l'air est environ 800 fois moins pesant que l'eau ». Cela doit s'entendre de l'air ordinaire qui nous environne et que nous respirons; car Votre Altesse sait que par l'art on peut comprimer l'air en le forçant dans un moindre espace, et par ce moyen il acquiert d'autant plus de pesanteur. Si le vaisseau dont j'ai parlé ci-dessus, qui pourrait contenir 800 livres d'eau, était rempli d'un air deux fois plus comprimé que l'air ordinaire , il pèserait deux livres plus que s'il était vide. S'il était rempli d'un air 800 fois plus comprimé que l'ordinaire, il pèserait 800 livres plus que s'il était vide, ou bien il pèserait autant que s'il était rempli d'eau. Puis donc que l'air est un corps pesant, quoique dans son état naturel sa pesanteur soit très-petite, il est doué d'une force de descendre, et par là il presse ou pèse sur les
1. D'après les expériences de MM. Biot et Arago, le poids de l'air sec à la température de la glace fondante et sous la pression de 0'",76 est, à volume égal , ,-7; de celui de l'eau distillée.
