VINGT-NEUVIÈME MANIPULATION

Vérifier les lois de la chute des corps par V action simultanée de deux électro-aimants y dont Vun met le mohiU en mouvemsnty et dont Vautre permet de mesurer tout à la fois V espace parcouru et le temps employé à le parcourir.

Quoique les lois que cette manipulation a pour but de vérifier se rapportent à une partie de la physique que le pharmacien a peu d'intérêt à étudier et à approfondir, il nous a semblé cependant qu'il y aurait quelque importance à familiariser les élèves avec un appareil qui met en évidence, de la façon la plus ingénieuse et la plus utile, le fonctionnement des piles, le mécanisme des électroaimants et l'oscillation des lames vibrantes.

Plusieurs appareils ont été imaginés pour vérifier les lois de la •chyte des corps. Sans parler du plan incliné de Galilée et de la m^ichine d'Atwoody qui ralentissent assez le mouvement du mobile pour rendre directement appréciables la mesure de l'espace qu'il parcourt et celle du temps qu'il met à le parcourir, on doit mentionner, au point de vue de la manipulation actuelle, Vappareil enregistreur de M. Morin. Les choses, en effet, sont tellement disposées dans cet appareil que le corps, en lombant, trace une courbe sur un cylindre tournant, et que cette courbe représente avec fidélité le mouvement dont il s'est trouvé animé à chaque instant de sa chute.

La machine de M. Morin offre en réalité un grand intérêt, car elle peut être regardée comme le type des appareils enregistreurs que les physiologistes ont employés avec tant de succès, dans ces derniers temps, pour étudier les mouvements qui s'accomplissent dans l'organisme vivant.

L'appareil de M. Bourbouze présente des avantages particuliers

APPAREIL DE M. BOURBOUZE. 393

que nous ferons connaître à la fin de cette manipulation. Pour le moment, nous allons définir les principes sur lesquels il repose, et le mécanisme à l'aide duquel il fournit ses indications.

Principes de V appareil de M. Bourbouze. — 1^ Quand une lame élastique, momentanément écartée de sa position d'équilibre, revient d'elle-même à cette position, elle n'y revient pas par un mouvement unique, en sens inverse de celui qui a produit le changement de figure, mais par une suite d'oscillations qui la transportent en deçà et au delà de la position d'équilibre, et qui ont, comme les oscillations du pendule, le grand caractère d'être toutes isochrones.

^ Lorsqu'un cylindre, mobile autour d'un axe horizontal, est mis en mouvement par un poids qui tombe, la vitesse de sa rotation est proportionnelle à celle du mobile qui l'entraîne ; en sorte que les espaces parcourus par le cylindre pendant les temps t et t' sont entre eux dans le même rapport que les vitesses dont le mobile s'est trouvé animé pendant les mêmes temps.

3^ En soumettant à l'action d'une même pile deux électroaimants, dont l'un maintient la lame élastique écartée de sa position d'équilibre, et dont l'autre empêche le mouvement du cylindre, malgré le poids qui le sollicite, il suffit, à un moment donné, d'interrompre le courant pour donner à l'instant même naissance à deux mouvements : celui de la lame qui vibre, et qui mesure le temps ; celui du cylindre qui tourne, et qui mesure l'espace.

Description de l'appareil. — L'appareil (fig. 165), qui réalise l'application de ces principes comprend les pièces suivantes :

4^ Un cylindre A, et une roue à gorge B, montés tous deux sur un même axe horizontal autour duquel ils peuvent tourner librement entre deux pivots P P. Deux masses de fer doux M M\ ayant la forme et la disposition que représente la figure, sont attachées aux extrémités d'un fil très-fin qui passe sur la roue à gorge. Comme ces masses ont exactement le même poids, elles se font équilibre dans toutes les positions qu'elles occupent. Mais on peut placer au-dessus de l'une d'elles un petit poids additionnel N : la pesanteur agissant alors sur ce petit poids, quand son action est permise, rompt l'équilibre des deux masses, et détermine le mouvement, comme dans la machine d'Âtwood.

VÉRIFICATION DES LOIS DE LA CHUTE DES CORPS

2* Une lame élastique en fer doux, L, qui est pincée à son extrémité inférieure, et qui peut vibrer parallèlement à l'axe du cylindre. A l'extrémité supérieure de celte lame se trouve fixée une petite pointe très-flexible, qui en suit tous les mouvements, et en imprime la trace sur le cylindre précédemment décrit.

FiG. 165. — Appareil de M. Bourbouze pour les lois de la chute des corps.

3* Un électro-aimant E', qui agit par attraction sur la lame vibrante, et la maintient écartée de sa position d'équilibre tant qu'on fait passer le courant dans son intérieur.

4" Un second électro-aimant placé à la partie inférieure de l'appareil, et sur lequel s'appuie la masse M, fixée à l'extrémité du fil L'autre masse M' est chargée, comme nous l'avons dit, du petit

APPAREIL DE M. BOURBOUZE. 395

poids additionnel N. Les deux électro-aimants sont, d'ailleurs, animés par la même pile.

Tant que le courant passe dans les deux électro-aimants^ leurs actions attractives conspirent pour maintenir l'appareil au repos. Mais vient-on à interrompre brusquement le courant, et il suffit pour cela, d'une légère impulsion du doigt, deux sortes de mouvement se produisent tout à coup et simultanément : d'une part, le mouvement vibratoire de la lame, qui revient à sa position d'équilibre; d'une autre part, le mouvement de rotation du cylindre, qui est entraîné par l'action du poids additionnel. Or, le premier de ces deux mouvements donne le moyen de mesurer le temps par l'isochronisme des oscillations ; le second permet de mesurer l'espace parcouru par la distance qui sépare l'origine et la fin de chaque vibration.

Énoncé des lois de la chute des corps. — Avant de donner le procédé opératoire qui permet de vérifier les lois de la chute des corps, rappelons sommairement l'énoncé de ces lois :

I. La pesanteur imprime aux corps qui tombent un mouvement uniformément accéléré, c'est-à-dire qu'elle leur fait parcourir des espaces qui croissent comme le carré des temps employés à les parcourir. On exprime cette loi par la formule e= -j tK

t représente le temps, e l'espace parcouru, g l'intensité de la pesanteur dans le lieu où se fait l'expérience. Cette intensité, qui n'est autre chose que la vitesse acquise après l'unité de temps ou la seconde, est nécessairement double de l'espace parcouru pendant cette unité de temps, ou cette première seconde. C'est pour cela qu'on représente cet espace parcouru par y et non par g. On voit du reste que, dans ce mouvement uniformément accéléré, la vitesse croît proportionnellement au temps.

IL L'inertie imprime aux corps qui continuent à se mouvoir en vertu de la vitesse acquise un mouvement régulier et uniforme, c'est-à-dire qu'elle leur fait parcourir des espaces égaux pendant des temps égaux. Cette seconde loi a pour expression e = vt.

V représentant la vitesse ou le chemin parcouru pendant l'unité de temps, e représente l'espace parcouru au bout de t secondes. Et comme il découle de la définition même du mouvement uni-

396 VÉRIFICATION DES LOIS DE LA CHUTE DES CORPS

forme que v est constant, c'est-à-dire que le mobile ne se meut ni plus ni moins vite au bout de dix secondes qu'au bout d'une seconde, il en résulte nécessairement que l'espace parcouru est proportionnel au temps.

Procédé opératoire. — I. Mouvement uniformément accéléré. — 4' Recouvrir d'une bande de papier blanc toute la surface du cylindre A, et réunir les deux extrémités libres de cette bande de papier au moyen d'un peu de colle d'amidon. Enduire ensuite le papier de noir de fumée, en l'exposant à une certaine distance audessus de la flamme d'une lampe à essence de térébenthine.

2^ Régler la pointe de la lame vibrante L, de manière qu'elle touche trés-légèrement le papier, et qu'elle y laisse la trace du mouvement vibratoire qu'elle a accompli. Cette trace s'imprime en blanc par l'enlèvement du noir de fumée dont la feuille de papier est recouverte.

3" Faire passer dans les deux électro-aimants le courant d'un même élément de Bunsen. Par l'attraction du premier, la lame vibrante se trouvera maintenue écartée de sa position d'équilibre. Par l'effet du second, le système des deux masses mobiles restera en repos, malgré l'addition du poids supplémentaire N, placé audessus de l'une de ces deux masses.

4** A un moment donné, interrompre le courant. A l'instant même les deux attractions cessent : la lame L, abandonnée à ellemême, revient à sa position d'équilibre, et oscille autour de cette position ; le cylindre A, sollicité par le poids additionnel dont l'effet n'est plus contrebalancé, se met en mouvement, et tourne avec rapidité autour de son axe.

Le sillon tracé sur le cylindre indique donc, tout à la fois, et le nombre de vibrations accomplies, ce qui mesure le temps, et l'amplitude de ces vibrations, ce qui mesure l'espace parcouru par le cylindre. Et comme toutes ces vibrations sont isochrones, quelle que soit leur amplitude, il suffit, pour vérifier la loi, de prendre une ou plusieurs d'entre elles comme unité de temps, et de mesurer avec un compas l'espace variable qui lui correspond. On reconnaît ainsi que, s'il est 1 pour la première unité de temps, il est 3 pour la seconde, 5 pour la troisième ; d'où résulte, comme conséquence nécessaire, que l'espace total parcouru par le mobile

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