DES FORCES PERMANENTES QUI AGISSENT SUR LES CORPS

Les forces permanentes qui agissent sur les corps sont l’attraction, qui paraît une propriété inhérente à la matière, et la force élastique de la chaleur.

On appelle cette attraction gravitation lorsqu’il s’agit de l’attraction des corps célestes ; on lui donne le nom de pesanteur, lorsqu’on la considère dans l’action de la terre sur les corps qui sont à sa surface ; enfin on la désigne sous le nom (Pattraction moléculaire, lorsqu’il s’agit de l’attraction qui a lieu entre les molécules des corps.

En général tous les corps qui sont laissés à eux-mêmes se précipitent vers la terre ; mais il y en a qui demeurent suspendus à des hauteurs plus ou moins considérables ; il y en a même qui s’éloignent de la terre et qui montent. Nous allons donner la raison de ces différents phénomènes. Nous savons que la terre est environnée de toutes parts d’un corps gazeux d’une certaine pesanteur qu’on appelle air, mais dont la masse ou l’ensemble porte le nom P atmosphère' tous les corps donc qui sont à la surface de la terre sont plongés dans ce gaz.

A présent il faut établir pour principe qu’un corps, plongé dans un flurde quelconque, perd de son poids une quantité égale au poids du volume de fluide que ce corps déplace, c’est-à-dire, par exemple, que si un corps pèse quatre livres et qu’il déplace un volume de fluide dont la pesanteur soit d’une livre, il ne pesera plus que trois livres après son immersion dans ce fluide. Mais si ce corps ne pèse qu’une livre et qu’il reste suspendu dans le fluide, il faut qu’il ait déplacé un volume de ce fluide dont le poids est égal aux sien, et que sa pesanteur spécifique soit égale et opposée à celle du fluide Ainsi, quand l’on voit un corps descendre, monter, ou rester en équilibre dans un fluide, on juge qu’il a une pesanteur spécifique plus grande, moindre ou égale à celle de ce fluide. C’est donc la pesanteur et la pesanteur plus grande de l’air qui soutient les nuages, fait monter la fumée et les ballons ; c’est donc encore la pesanteur qui produit tous les autres phénomènes analogues dans les différents liquides.

Tous les corps qui sont à la surface de la terre s’attirent les uns les autres ; mais cette attraction s’exerçant en raison directe des masses, et la masse de la terre étant infiniment plus grande que celle de ces corps, il en résulte que leur attraction les uns sur les autres est rendue insensible par la grande attraction de la terre sur eux. Cependant Mr. Cavendish est parvenu au moyen d’un appareil très-ingénieux à prouver cette attraction réciproque des corps, en les soustrayant à l’influence de la pesanteur.

Verticale, On entend par verticale la direction que prend un corps qui tombe librement à la surface de la terre ; on la détermine au moyen d’un fil à plomb. Il est évident que si ce fil était prolongé indéfiniment, il passerait par le centre de la terre, où se trouve placé le centre des attractions, et que la verticale est différente pour chaque différent lieu de la terre ; puisque sans cela la verticale ne passerait pas toujours par le centre de la terre. C’est cette direction de la verticale qui détermine le haut et le bas de chaque point du globe. Ces expressions sont donc relatives, et le haut et le bas pour chaque différent lieu varient donc comme la direction de la pesanteur.

Centre de gravité. Il y a plusieurs définitions du centre de gravité qui toutes reviennent à la même chose. On définit le centre de gravité un point dans un corps qui a autour de lui une égale^portion de ce corps, de quelque manière qu’il se trouve situé ; ou bien, comme l’on peut considérer toutes les forces qui agissent sur les différentes molécules d’un corps comme parallèles et égales, et que l’on peut toujours remplacer toutes ces forces par une force unique égale à leur somme, on peut définir le centre de gravité un point où s’applique la résultante de toutes les attractions qu’exerce la terre sur ce corps. Il y a plusieurs moyens de trouver le centre de gravité, mais voici le plus simple ; on suspend un corps par le moyen d’un fil, et l’on suppose en idée que la ligne formée par le fil pénètre à travers le corps. Ensuite on suspend le corps par un autre de ses points, et l’on suppose encore que le fil passe à trav^^rs le corps ; il est clair que ces deux lignes se couperont en un point. Eh ! bien, ce point sera le centre de gravité. De quelque manière que vous placiez ensuite ce corps, pourvu que son centre de gravité soit soutenu, c’est-à-dire, pourvu que la verticale passe par son centre de gravité, il demeurera en équilibre stable.

D’où il suit que, lorsqu’un corps solide est posé sur un plan horizontal, ce corps ne pourra être en équilibre, lo. que quand le plan opposera à la gravité du corps une force égale à cette gravité ; 2o. que si le corps ne touche le plan qu’en un seul point, il ne sera en équilibre que lorsque la verticale de son centre de gravité passera par ce point ; 3o. que hï le corps touche le plan dans plusieurs points, la verticale de son centre de gravité devra passer par l’un de ces points ou dans l’espace compris entre ces points. Ainsi une table est en équilibre stable quand la verticale de son centre de gravité passe entre ses quatre pieds. Le corps d’un homme ne peut se soutenir, si la verticale de son centre de gravité sort de l’espace compris entre et sous ses deux pieds. Lorsque ses bras sont pendus et que ses jambes sont droites, ainsi que le reste de son corps, son centre de gravité se trouve à peu près placé entre ses deux hanches. Mais cette position n’est pas la seule condition d’équilibre pour l’homme, puisque son centre de gravité varie avec les différents mouvements de son corps ; il suffit que la verticale de son centre de gravité passe par sa base qui sont ses pieds. Ainsi, s’il porte un fardeau devant lui, il est obligé d’incliner le haut de son corps en arrière, comme font nécessairement ceux qui ont un gros ventre ; s’il porte un fardeau d’un côté, il se panche Je l’autre, et par la même raison, quand un homme a dans chaque main un fardeau de même

poids, il se tient droit. Quand il est assis et qu’il veut se relever, il est obligé d’incliner la tête en avant pour ramener la verticale de son centre de gravité sous sa base. Personne, s’il veut en faire Texpérience, ne pourra se relever, en suivant les conditions suivantes, savoir : qu’il ne ramènera pas ses pieds sous la chaise, qu’il tiendra son corps et ses jambes droites et perpendiculaires; De même un homme qui se tient droit, debout, ayant les talons et le reste du corps adossés à la muraille, ne peut sans tomber, s’incliner fortement en avant.

Un corps est dans un équilibre d’autant plus stable que sa base est plus large et que son centre de gravité est placé plus bas ; voilà pourquoi il est si thcile de faire rouler une boule ou un cercle, leur centre de gravité étant placé au milieu de leur hauteur, et leur base n’étant qu’un point ; voilà pourquoi il est si difficile de faire tenir une canne en équilibre, son centre de gravité étant placé si haut et sa base élant si petite j voilà pourquoi aussi une voiture étroite et élevée verse si facilement, parceque le moindre choc suffit pour faire échapper la verticale de son centre de gravité de la base. On ne doit pas ignorer non plus combien il serait dangereux, en chargeant un vaisseau, de ne pas mettre les matières les plus pesantes à son fond, parceque son centre de gravité, qui doit toujours être le plus bas possible, étant placé vers le haut, le ferait infailliblement verser à la moindre secousse de la mer. Dans tous les cas, il faut que la verticale du centre de gravité d’un corps passe par la base, parceque, sans cela, la pesanteur qui est ordinairement une cause de stabilité, serait une cause puissante qui détruirait l’équilibre.

Tous les corps sont également pesants. Tous les corps qui tombent à la surface de la terre sont également pesants, et tombent avec la même vitesse dans le même temps. Cet énoncé semblerait d’abord s’éloigner de la vérité, parceque la neige, la plume, le papier ne tombent pas avec la même rapidité que le plomb, le platine ou les autres substances que l’on appelle pesantes ; mais l’expérience en prouve la réalité. Si les espaces parcourus par difféients corps sont égaux dans des temps égaux, il est évident que tous ces corps sont également pesants ; Eh ! bien, c’est ce qui a lieu ; mais ce n’est pas dans l’air qu’il faut en faire l’expérience, car nous savons déjà que les corps plongés dans l’air, perdent de leur poids une quantité égale au poids du volume d’air qu’ils déplacent, et cette quantité sera d’autant plus grande pour un corps, que sous le même poids, ce corps déplacera un plus grand volume d’air. Cependant ce n’est pas la seule cause de la différence de vitesse des corps dans leur chûte libre vers la surface de la terre, il en existe une autre beaucoup plus puissante ; c’est la résistance que l’air oppose au mouvement, résistance qui provient de ce que l’air ne peut être déplacé, par un corps en mouvement, sans absorber une partie de la force qui l’anime, et par conséquent, sans en diminuer la vitesse. Cette résistance croît plus rapidement que la vitesse, et varie suivant la forme du corps ; elle est si grande, qu’elle empêche certains corps de tomber, et que les corps de même nature qui, dans leur chûte libre, ont coutume de tomber de la même hauteur dans le même temps, tombent souvent avec des vitesses très-différentes. L’or en feuilles, par exemple, tombe avec beaucoup de lenteur, tandisque l’or en masse tombe

avec une extrême rapidité. C’est donc dans le vide qu'il faut vérifier la loi que nous venons d’énoncer. En elFet, si l’on enlève l’air d’un long tube de verre, contenant à une de ses extrémités du plomb et du duvet, en relevant le tube verticalement, on voit ces deux corps tomber avec la même vitesse j à mesure que l’on fait entrer l’air dans le tube on voit le duvet tomber avec d’autant plus de lenteur comparativement au plomb que ce tube contient plus d’air. Il est une expérience plus facile qui conduit au même résultat, et que l’on peut même faire dans l’air. On prend une petite caisse ouverte par le haut, fermée par le bas et lestée de manière que, dans sa chûte, elle conserve la même position ; si ensuite On introduit dans cette caisse des corps légers, comme du papier, du duvet, et qu’on la laisse tomber d’une certaine hauteur, ces corps ne laisseront point le fond de la caisse, et par conséquent, tomberont avec la même vitesse ; parceque la résistance de l’air n’a lieu que sur le fond de la caisse et non contre les corps qu’elle renferme.

Poids, Le. poids d’un corps est la résultante de l’action de la pesanteur sur ce Corps; il est donc évident que le poids de ce corps sera d’autant plus grand que son volume sera plus considérable, et que, BOUS ce même volume, il contiendra une plus grande quantité de matière, c’est-à-dire, que ce corps aura une plus grande densité. On ne peut mesurer le poids d’un corps que par comparaison avec le poids d’un autre corps que l’on prend pour unité de poids.

Il existe plusieurs instruments destinés à mesurer le poids des corps ; on leur donne le nom de balances. Celles dont l’usage est le plus étendu, et qui sont susceptibles d’une grande précision, sont composées d’une barre métallique que l’on nomme fléau et qui tourne sur un pivot placé à son milieu ; aux deux extrémités du fléau sont suspendues deux coupes destinées à recevoir les corps dont la balance doit constater l’égalité de poids. Pour que la balance puisse remplir l’objet auquel elle est destinée, elle doit satisfaire à certaines conditions que nous allons faire connaître.

Pour que le corps, que l’on met dans une des coupes de la balance, et que l’on veut peser, soit en équilibre avec le poids que l’on place dans l’autre coupe, il faut lo. que, sans les poids, le fléau soit horizontal et en équilibre stable dans cette position ; 2o. que les points, où sont suspendues les deux coupes, soient à égale distance du point sur lequel roule le fléau, c’est-à-dire que les deux bras du fléau soient de la même longueur.

Pour que la balance soit en équilibre, le fléau étant horizontal, il faut que la verticale du centre de gra vité passe par le point de suspension ; et pour qu’elle soit en équilibre stable, c’est-à-dire, pour que le fléau reprenne sa position horizontale après qu’il en a été dérangé, il faut que le centre de gravité soit au-dessous du point de suspension.

Outre les conditions que nous venons d’énoncer et qui sont indispensables à une balance, il en est encore d’autres qui servent à la rendre très sensible et à lui faire conserver sa sensibilité. Ces conditions sont : lo. que le centre de gravité soit très rapproché du point de suspension ; 2o. que les points de suspension des deux coupes et le point de rotation soient sur une même ligne droite; 3o. que le fléau soit inflexible ;

4o. que les couteaux de suspension soient durs et polis ; 5o. que le fléau soit très long, ainsi que l’aiguille qui sert à indiquer sa position.

Pour connaître si les deux bras du fléau sont de même longueur, et parconséquent, pour savoir si le corps que l’on pèse est en équilibre avec les poids, on établit d’abord l’équilibre entre ce corps et les poids, puis on les change de coupe ; si la balance est juste, le fléau demeurera horizontal dans les deux cas.