II. LIQUIDES

§ De U équilibre des liquides.

1 . Qu’est-ce que l’hydrostatique?— 2. Comment s’exerce la près-' sion d’un liquide pesant sur le fond d’un vase, sur les parois latérales, et de bas en haut? — 3. Comment explique-l-on la rupture d’un tonneau par la pression d'un filet d’eau ? — 4. Quel est te principe de la presse hydraulique ? — 6. Qu’est-ce que le tourniquet hydraulique ?

1. — On appelle hydrostatique la partie de la physique où l’on détermine les conditions d’équilibre des liquides, et les pressions qu’ils exercent sur les parois intérieures des vases. Or, l’équilibre des liquides est soumis à deux conditions : 4° leurs molécules supérieures et libres forment une surface perpendiculaire à la force ou à la résultante* des forces qui les sollicitent; 2° une molécule quelconque de la masse éprouve dans tous les sens des pressions égaleset contraires.

2. — Les liquides transmettent dans lotis les sens les pressions qu’on exerce sur eux : d’où il résulte que la pression qui s’exerce par un liquide sur le fond d’un vase est égale au poids d’une colonne liquide qui aurait pour base le fond du vase, et dont la hauteur serait la hauteur même du niveau.

La pression exercée par un liquide sur une paroi latérale est égale au poids d’une colonne liquide qui aurait pour base une surface horizontale égale à la paroi même, et pour hauteur la distance du centre de celte paroi au niveau du liquide.

Les liquides exercent aussi leur pression de bas en haut. Ainsi , chaque point du corps d’un navire ou d’un bateau plongé dans l’eau , éprouvant de la part du liquide dans toutes les directions une pression perpendiculaire aux côtés, il en résulte que le dessous du navire ou du bateau, approchant de la direction horizontale, sera pressé par une force dirigée de bas en haut.

1 . La résultante de plusieurs forces est une force unique qui peut en remplacer plusieurs appelées composantes.

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C’est en vertu de la pression qui s’exerce dans tous les sens que les liquides se mettent toujours de niveau. Si l’on met en communication plusieurs vases remplis d’eau à des hauteurs differentes, le niveau s’établit de lui-même. Ainsi, s’il s’agit de conduire des eaux du sommet d’une montagne sur une autre, quoiqu’elles soient séparées par une vallée , on en vient facilement à bout en établissant un réservoir au niveau de la source et des tuyaux de communication sur les pentes de la vallée.

i° Celle propriété des liquides sert à la distribution des eaux dans les différents quartiers d'une ville, au moyen de tuyaux cachés souS le pavé des rues ; on peut même faire arriver l’eau aux différents étages d’une maison, pourvu qu’ils ne soient pas plus élevés que le réservoir.

2° La construction des fontaines et des jets d'ëau est due à la même propriété.

5. — Quelle que soit la forme d’un vase , la pression sur un point quelconque de la paroi étant la même , on peut , avec une petite quantité d’eau, produire une pression énorme capable de briser les vases les plus forts. C’est ainsi qu’un simple filet d’eau peut défoncer et rompre un tonneau. Voici comment on opère à cet effet : à l’une des bases du tonneau, que l’on a déjà rempli d’eau, on adapte un tube étroit et plein de liquide ; la pression exercée alors sur le fond est égale à celle d'un cylindre droit ayant pour base le fond du tonneau , et pour hauteur celle de l’eau : ainsi , il n’est pas étonnant que la futaille soit brisée.

4. — La construction de la presse hydraulique (fig. 3, Ph. ) repose sur ce principe , que les liquides développent leur pression dans tous les sens, et que la pression dépend de la hauteur et non de l'épaisseur de la colonne liquide. On peut, à l’aide de cette machine, obtenir une grande pression avec une petite quantité d’eau, en faisant un réservoir très-large, mais d’une hauteur peu considérable, et surmonté d’un tuyau étroit, auquel on donne une aussi grande longueur qu’on le juge à propos ; car le fond du réservoir, ses côtés et son dessus même supportent une pression aussi forte que si la colonne d’eau conservait, avec la même hauteur, la largeur du réservoir. Lorsqu’on veut comprimer un corps au moyen de cet appareil, on le place entre le couvercle du réservoir, qui doit être un piston mobile, et de fortes pièces de bois liées avec le fond et avec les bords de la presse. On utilise cette machine dans le commerce pour presser les papiers, les draps, les graines oléagineuses, les

argiles à briqye. J.es foins destinés à être embarqués sont réduits par celte presse à un si petit volume, qu’il faut ensuite les couper à la hache.

y. — Le tourniquet hydraulique (fig. 24, Ph.) est une application de la pression des liquides sur les parois latérales des vases. On l’emploie en Angleterre dans les incendies ries théâtres et des magasins. Un réservoir R, rempli d’eau, communique avec un canal horizontal CC', terminé par deux coudes courbés horizontalement en sens contraire , et ouvert à ses deux extrémités 00\ En cas d’incendie , on ouvre le robinet T ; l’eau se précipite dans le canal CC', s’échappe par les orifices 00', et comme elle presse intérieurement contre les coudes du canal , à l’endroit opposé aux orifices 0 et 0', ces pressions , exercées en sens inverse des écoulements d’eau, font tourner le canal CC', et l’eau se répand dans toute la salle et s’y éparpille d’autant mieux que l’on adapte ordinairement aux orifices 0 etO’ des espèces de pommes d’arrosoir.

§ 2. De la densité des corps.

1. Quel e?l le principe d’Archimède? — 2. Comment a lieu l’équilibre des corps flottants? — 3. Qu’est-ce que la densité des corps ? — 4. Quels sont les usages divers des tables de densité ? — 5. Quelle est la cause de l’élévation des aérostats et des vapeurs?

1. — Archimède, célèbre géomètre de Syracuse, reconnut qu’un corps plongé dans l’eau perd de son poids une partie égale au poids du liquide qu’il déplace : c’est ce qu’on appelle principe d’Archimède. Il est facile de le démontrer par le raisonnement. En effet, concevons dans un vase plein d’eau en équilibre une portion du liquide solidifiée ; les molécules du liquide , étant en équilibre dans le premier cas , le seront encore dans le second , et par suite , la portion que l’on a supposée solidifiée ne devra pas changer de place. Elle pourra être considérée aussi comme ayant un poids nul , puisqu’elle sera en équilibre dans toutes les positions au milieu du liquide. On voit par là qu’un corps placé dans un liquide perd évidemment une partie de son poids égale à celui du volume du liquide déplacé.

PHYSIQUE. ‘ 7yl

Un grand nombre d'expériences confirmenl ce principe, enlrc autres la suivante : si l’on taille un cube d’une substance plus pesante que l’eau distillée, par exemple, ayant un décimètre de côté, on voit qu’il faut pour lui faire équilibre dans l'eau un kilogramme de moins que dans l’air; ce qui est juste le poids d’un décimètre cube d’eau.

2. — Tout corps moins dense que le liquide dans lequel il est plongé éprouve une poussée plus grande que son propre poids; il monte donc à la surface et sur le liquide jusqu’à Ce que la poussée plus faible exercée contre la partie immergée n’excède plus le poids du corps entier. Le corps est alors flottant.

L’équilibre des corps flottants est stable ou instantané : stable, lorsque les corps, dérangés de leur équilibre, y retournent; instantané, lorsqu’ils tendent à s’en éloigner. Or, l'indifférence, la stabilité ou l’instantanéité dans l’équilibre des corps flottants tient à la position d’un point particulier, appelé métacentre ou centre de la poussée. Ainsi, dans un parallélépipède rectangle, l’équilibre est stable lorsque le métacentre est au-dessus du centre de gravité 1 , c'est-à-dire lorsque les grandes et moyennes arêtes sont horizontales; il est instantané lorsqu'il est au-dessous, c’està-dire lorsque les grandes et les petites dimensions, ou les moyennes et les petites , sont horizontales : dans ce cas, le moindre dérangement le fait chavirer.

3 . — On appelle densité des corps le rapport de leur poids à leur volume. Deux corps homogènes (de même nature) sont égaux en poids lorsqu’ils le sont en volume ; deux corps hétérogènes (de nature différente) n’ont pas le même poids à volume égal : ils n’ont donc pas la même densité.

On appelle pesanteur spécifique des corps la densité relative de ces corps. Pour comparer les pesanteurs spécifiques des solides et des liquides, on a pris pour unité l’eau distillée. L’air sert de terme de comparaison pour les gaz et les vapeurs.

Si le corps est solide, on le pèse d’abord dans l’air, puis dans l’eau avec la balance hydrostatique 2 ; en divisant le

1. On appelle pesanteur ou gravité la force attractive qui sollicite tous les corps vers le centre de la terre, et centre de gravité, le point du corps sur lequel le corps se tient en équilibre.

2. On appelle balance hydrostatique un instrument disposé de manière à pouvoir peser les corps sous l’eau. Toute balance peut

premier de ces poids par la différence des deux, on a la pesanteur spécifique du solide.

Si le corps est liquide, on pèse un vase d’un poids connu, rempli alternativement d'eau et du liquide proposé, et l’on retranche de chaque pesée le poids du vase. Le poids spécifique égale le poids du liquide divisé par celui de l’eau. — On emploie aussi, pour les liquides, l’instrument appelé aréomètre ; c'est un tube de verre gradué (fig. 4, Pli.) et terminé à sa partie inférieure par une boule creuse dans laquelle on introduit un peu de mercure. Cet instrument s'enfonce dans les liquides en y conservant une position perpendiculaire à leur surface; le zéro est placé au niveau de l’eau distillée. D’après cela , la quantité plus ou moins grande dont il s’enfonce dans les autres liquides indique leur densité par rapport à l'eau ; il marque aussi leurs degrés de concentration. Les liquoristesen font un fréquent usage pour apprécier la densité des liqueurs: ainsi de l’eau-de-vie dans laquelle l’aréomètre s’enfonce de 23° est beaucoup plus forte et plus pure que celle dans laquelle il ne plongerait que jusqu'à 18°. Dans le commerce, cet instrument est appelé pèse-liqueur.

Si le corps est gazeux, on pèse séparément, dans un vase où l’on a fait le vide , l’air et le gaz ; le rapport de ces deux poids , diminué du poids du vase , est la pesanteur spécifique du gaz.

4- — L’appréciation des pesanteurs spécifiques étant d’un usage fréquent, ou a construit des tables de densité. En voici une :

Matières solides.

Eau distillée. . .

Platine. ..... .

Or pur fondu. . .

Mercure ....

Plomb fondu. . .

'Argent pur fondu .

Cuivre passé en fil .

Cuivre rouge fondu.

Acier trempé. . .

'Fer forgé. . . .

Fer fondu. . . .

Etain fondu . . .

Zinc

Zinc fondu. . . .

Rubis

Topaze

Diamant

Marbre de Paros. .

Cristal de roche . .

Grès à paver . . .

Porcelaine de Sèvres.

Chêne sec . . . .

servir à cet usage : il suffit d’attacher le corps à peser au-dessous d’un des bassins avec un fil assez délié pour que le poids en puisse être considéré comme nul ; un crin , par exemple.

Cire jaune. . . . 0,96 Héu-e 0,86

Chêne frais. . . . 0,98 Frêne 0,84

Suif. 0,94 Peuplier 0,38

Glace d’eau . . . 0,93 Liège 0,24

Matières liquides et gazeuses.

Eau de mer. . . 1,0263

Lait 1,03

Vin de Bordeaux . 0,9939

Bourgogne. 0,99 1 8

Huile d’olive. . . 0,90 Eau-de-vie. . . 0,83 Esprit-de-vin. . . 0,83 Air 1,00

Vapeur de mercure 6,97 Vapeur de soufre. . 6,61 Camphre. . . . 5,46 Ether sulfurique . 2,58

Alcool 1,61

Vapeur d’eau. . . 0,62 Gaz hydrogène . . 0,0688 (13 fois plus léger que l’air.)

On peut, au moyen des tables de densité , calculer le poids d'un corps dont on désigne la nature et le volume. Ainsi , soit proposé de calculer le poids d’une masse d’huile d’olive occupant un volume de 2,342 litres. Un volume d’eau pure de 2.342 litres pesant 2,342 kil., et l’huile d'olive n'ayant que les environ de la densité de l’e^u pure , les 2,342 litres d'huile d’olive ne pèseront à peu près que les JL de 2,542 kil. , c’est-à-dire 2,287 kilogrammes environ.

S. — Le principe d’Archimède s’applique aussi aux montgolfières ou aérostats.

La montgolfière, ainsi nommé de Mon(golfier,son inventeur , n’est autre chose qu’une enveloppe de papier rempli d’air dilalé.

Le premier ballon fut lancé par Monlgolfier et son frère , à Annonav, en 1783; il avait 110 pieds de circonférence : on avait suspendu un fourneau allumé au-dessous de son orifice ; l’air de l’intérieur du ballon , étant échauffé par la chaleur du fourneau , était plus léger à volume égal que l’air extérieur : aussi l'appareil s’éleva-t-il à la hauteur de 2000 m -.

Les aérostats actuels sont formés d’une peau de baudruche, enduite d’un vernis gras et souple, et entourés d’un filet auquel est suspendue, au-dessous du ballon , une nacelle dans laquelle se place l’aéronaute (fig. 17, Ph.). On remplit cette enveloppe de gaz hydrogène 13 fois moins dense que l’air, ce qui produit une force ascensionnelle très-rapide que l’aéronaule modère à son gré. Pour cela , il se munit de sacs remplis de sable qu’on appelle lest. Veut-il s’élever, il en jette une partie; veut-il descendre, il ouvre,

Manuel. — D. Supérieur. 34

au moyen d’une corde qui pend dans la nacelle, une soupape placée au sommet du ballon; l’hydrogène s’échappe en partie, et l’appareil devient spécifiquement plus dense que l’air. L’aérostat descend d’abord lentement; mais bientôt sa chute s’accélère comme celle de tous les corps lourds. Dès que la vitesse est parvenue à un certain degré, la résistance de Pair suffit pour faire ouvrir I g parachute , espèce de grand parapluie place au-dessus de la nacelle. La descente se ralentit alors et l’aérostat, se balançant dans l’atmosphère, finit par atteindre doucement le sol.

L’ascension des aérostats s’explique par ce principe, que tout corps spécifiquement plus léger que le liquide ou l’air dans lequel on le plonge tend à s’élever dans ce milieu , iparce qu’il est poussé de bas en haut par la pression du 'fluide.

L’ascension des vapeurs est encore due à la légèreté de leur pesanteur spécifique. En effet, leur densité étant beaucoup moindre que celle de l’atmosphère, elles s’élèvent jusqu’à ce que , trouvant une couche moins dense qu’elles , elles restent stationnaires. Ce phénomène a lieu pour les nuages, la fumée, etc.