APPLICATIONS

Corps flottants. — Lorsque je vois sur la rivière flotter des pierres, des madriers énormes et d'autres corps très-pesants, je me demande pourquoi ils ne tombent pas au fond de l'eau, et je m'aperçois que c'est parcequ'ilsaont réunis à des radeaux de bois léger, qui sont très-peu denses, mais qui ont un très-grand volume, une très-longue surface. Or, comme ces radeaux déplacent un poids d'eau égal à leur propre poids, s'ils ont un volume de 10,000 litres et un poids de 4,000 kilogrammes, ils n'enfonceront dans l'eau que de 4,000 litres, car le liquide déplacé ayant un poids égal au leur, ce poids sera de 4,000 kilogrammes; ils flotteront donc au lieu de s'enfoncer.

Corps immergés^ poids spécifiques. — Si l'on plonge dans l'eau ou dans un liquide quelconque un corps solide, ce cori^s perd une partie de son poids, comme si on en enlevait un morceau, et cette partie, égale précisément le poids du liquide qu'elle remplace. Si, par exemple, on pèse un dé de 5 grammes et qu'on le place ensuite dans un verre plein d'eau, qu'on pèse aussi, et qui pèse par exemple 30 grammes, ce dé en fait sortir une certaine quantité d'eau égale à son volume ou à l'espace qu'il occupe, par exemple, 1 millimètre cube; si l'on pèse ensuite ce millimètre cube d'eau et qu'on trouve, par exemple, qu'il pèse 1 décigramme, le dé

perd donc i décîgramme de son poids et ne pèsera plus que 4 gr. 90 décig.

Si on avait mis dans une balance, d'^un côté 35 grammes et de l'autre Teau et le corps sdide, il faudrait ajouter dans le plateau, de ce dernier côté, un poids de 1 décigramme, égal à celui de Peau déplacée.

Si le poids du corps immergé est égal au poids du volume d*eau qu'il déplace, c'est-àdire s'ils pèsent tous deux 4 grammes, par exemple, le solide reste en équilibre au milieu du liquide. Si le corps est plus lourd que le liquide qu'il déplace, il tombe au fond de Teau. S'il est plus léger, il est poussé par le liquide à la surface et ne s'arrêtera que lorsqu'il ne déplacera plus qu'un volume d'eau ^l à son propre poids; il surnagera comme le liège, le bois léger, la glace.

Si un corps, une aiguille graissée, par exemple, est placée sur l'eau, et n'est pas, à cause de la graisse, mouillée par l'eau, elle déplace un volume d'eau plus grand que son propre volume, mais qui aura le même poids que l'aiguille et «qui fera flotter celle-ci au lieu de la laisser tomber au fond.

insectes marchcmt sur Veau, — CTest ainsi que certains insectes marchent sur l'eau :

leurs pattes sont armées et fournies de telle sorte qu^elles ne peuvent être mouillées par l'eau ; elles s'appuient sur la surface liquide sans y pénétrer et dépriment cette surface.

Les creux ainsi formés par les pattes doivent être de dimensions telles, que l'eau qui les remplissait pèse autant que le corps de l'animal ;

dans ces conditions, celui-ci reste en équilibre à la surface de Teau.

Tous les corp?, même les plus lourds, peuvent ainsi flotter sur les divers liquides, pourvu qu^on donne à ces corps des formes convenables, et que la partie immergée déplace un poids du liquide égal au poids du corps tout entier. C'est ce qu on observe dans les barques et dans les plus petits comme dans les plus grands vaisseaux ; quels que soient leur poids, leur chargement et leurs dimensions, ils flotteront toujours si, par leur forme, ils déplacent une quantité d'eau assez considérable pour faire équilibre à leur propre poids.

Flottaison des navires. — Pour qu'un bâ • timent soit toujours en équilibre sur Teau, et pour qu'il ne puisse se renverser d'un côté ou de l'autre, il faut d'abord que son centre de gravité soit aussi bas que possible, ce qu'on obtient à l'aide de lest placé à fond de cale; puis il faut donner au navire une forme telle que la poussée du liquide tende toigours à le relever lorsqu'il a été incliné ; la forme en angle courbe est la plus propre à ce résultat. Aussi les carènes présentent-elles toigours cet aspect curviligne.

On évalue la force d'un navire d'après son poids total, c'est-à-dire d'après la quantité d'eau qu'il peut déplacer. Un navire de 100 à 500 tonneaux peut porter, y compris son propre poids, un chargement donnant un total de 100,000 à 500,000 kilog., la tonne ou tonneau valant 1000 kil.; et il peut déplacer de 1 à 500 mètres cube d'eau, car 1000 kilog. égalent 1 mètre cube.

Toutefois, ceci n^est vrai que pour la navigation en eau douce ; car l'eau de la mer ayant une densité de \ ,026, le mètre cube de cette eau vaut 1026 kilog., et la râleur d'une tonne en eau n'est plus en volume que de

m. c. 950 c. cubes.

Si donc la surface de flottaison est de 100 mètres carrés tout accroissement de 1026 k.

danâ la charge du navire le fait enfoncer de

1 centimètre, car il a à déplacer en plus 1 mètre cube d'eau. Plus donc cette surface de flottaison sera grande et moins le navire s'enfoncera.

Vessies natatoires j ceintures de sauvetage.

— Il y a aussi des poissons qui s'élèvent et descendent dans l'eau ; ils ont la faculté de déplacer à volonté un volume plus ou moins grand de liquide. Ils ont pour cela une vessie dite natatoire, qu'ils peuvent remplir par la bouche d'un gaz aériforme, lequel gonflant la vessie, augmente le volume de l'animal, le rend plus léger que l'eau déplacée par lui, et le fait monter à la surface, sans qu'il se donne aucun mouvement. Pour descendre, il n'a qu'à expulser de sa vessie l'air qu'elle contient.

On a appliqué ce principe aux ceintures de sauvetage; ce sont des bourrelets remplir d'un gaz léger, qui augmentent le volume de liquide déplacé par les personnes plongées dans l'eau. Enfin, dans la natation elle-même ces principes trouvent leur application; les individus très-corpulents déplaçant un volume plus considérable, et égal à leur poids total, peuvent se soutenir sans peine et presque

sans mouvement sur Feau. C'est par la même raison que les cadavres qui ont séjourné longtemps dans Teau et qui ont perdu quelque chose de leur poids primitif, flottent quelquefois à la surface, et qu'on a vu des personnes couvertes de robes et vêtements amples, se soutenir sur Peau en déplaçant un volume de liquide égal et au delà à leur propre poids. C'est enfin ainsi qu'on a pu construire ces légers bateaux en forme de patins, à l'aide desquels on peut marcher sur l'eau sans enfoncer, parce que leurs dimensions sont telles qu'ils déplacent un volume égal au poids de l'homme.

Cloches à plongeur. — NauHlus, scaphandres^ etc. — Les cloches à plongeur sont des appareils destinés à travailler sous l'eau, à descendre au fond des fleuves, et même des mers, sans se noyer. Ce sont des espèces de cloches contenant de l'air, et qui, comme le verre à boire qu'on plonge dans l'eau l'ouverture en bas, ne peuvent être mouillées par l'eau par suite de l'impénétrabilité de l'air.

Ces cloches ne peuvent jamais contenir beaucoup d'ouvriers à la fois, quatre au plus. On peut, au contraire, faire travailler à l'eau jusqu'à quarante ouvriers à la fois, à l'aide des bateaux à air dans lesquels on comprime l'air à l'aide de tuyaux et de pompes mues par la vapeur. Cet air sert, nonseulement à la respiration des ouvriers, mais encore, lorsqu'on veut remonter, à chasser Teau, qu'on a fait entrer dans une caisse afln de servir de lest ; on n'emploie ces bateaux

que pour de petites profondeurs, car passé cinq mètres, ]a pression de l'eau en affaiblit les parois.

Le nautilus est une modification de cet appareil; c'est une grande caisse où sont placés les ouvriers, entourée d'autres petites caisses, dans lesquelles on fait entrer à volonté par des robinets, de Tair ou de Peau, selon qu'on veut faire remonter ou descendre l'appareil, On fait pénétrer dans la chambre de travail autant d'air qu'il en faut pour faire équilibre à la pression de l'eau; on peut, au fond de Teau, enlever une partie mobile du plancher et travailler sur le sol comme sur la terre. Le tuyau qui transmet l'air pourrait même se rompre sans danger, ainsi que tout autre moyen de communication avec la surface, parce que le nautilus remonte de lui-même en vidant ses cavités latérales de l'eau qu'elles contiennent; on peut à volonté faire voyager cette cloche sous l'eau, lui faire descendre des pierres, en un mot exécuter avec elle tous les travaux quels qu'ils soient.

Ces appareils, toutefois, ne peuvent servir que lorsque les ouvriers doivent travailler sous leurs pieds; tandis que les scaphandres permettent le travail dans toutes les positions; ce sont des vêtements tout d'une pièce, en caoutchouc, réunis par une épaulière en métal, à un casque métallique large, et muni à hauteur des yeux de deux carreaux en verre épais de 43 centimètres; deux conduits aboutissent à ce vêtement; l'un amène du dehors l'air pur nécessaire à la respira-

tion, l'autre sert à Texpulsion de Tair vicié.

L'air pur arrive, nou-seulement à la tête, mais par tout le corps, de manière à augmenter la quantité d'air concentré et d'égaliser la température. Le vêtement de l'ouvrier, en se gonflant d'air, le rend plus léger que l'eau et le fait monter k la surface ; il peut donc toigours remonter à volonté, comme il peut descendre aussi lentement qu'il le veut, sans être entraîné par des poids énormes, comme avec les anciens appareils de plongeur.

Natation. — Un volume d'eau douce égal au volume du corps d'un homme, est plus lourd que Thomme. L'homme étant donc plus léger que l'eau, peut flotter sur elle, et encore plus facilement sur la mer qui est plus lourde ou plus dense. La seule difficulté réelle que présente donc la natation est de maintenir la tête hors de l'eau ; à cause de son poids, elle tend, en effet, sans cesse à plonger sous l'eau ; c'est pour cela qu'il importe de compenser cette accumulation de poids par des mouvements des pieds et des mains qui, en déplaçant un plus grand volume d'eau, allègent d'autant l'homme et sa tête. Si notre tête pesait moins, ce qui arrive chez les animaux, nous aurions moins de difficulté à nous maintenir sur l'eau, et nous arriverions à y nager avec la même facilité qu'ils le font

Un autre fait qui se produit dans la natation, où il ne s'agît pas seulement de flotter sur l'eau, mais de s'y diriger, est la nécessité de trouver pour point d'appui de nos mou*

vements de pieds et de mains, une substance assez résistante pour que ces mouvements n'aient pas lieu en vain ; nous aurions beau, par exemple, faire aller nos pieds et nos mains dans l'air, nous n'y trouverions pas de point d'appui ; nous en trouvons un peu dans l'eau, parce qu'elle est plus dense que l'air, et qu'en la refoulant violemment, elle nous oppose une certaine résistance qui nous soutient Sur la terre, le sol, résistant fortement, nous permet d'avancer et de nous remuer sans que l'air qui nous environne et qui est peu résistant gêne nos mouvements, excepté pendant les vents forts, où l'intensité même du mouvement aérien nous ébranle, mais où, comme l'on sait, il est possible de trouver un point d'appui dans l'air même en fendant fortement le vent ; on se sent alors comme porté par l'air environnant.

Mais dans l'eau, il n'en est plus ainsi ; la résistance qu'on a trouvée aux mouvements des mains et des pieds pour s'appuyer, on la retrouve encore devant soi pour avancer. La résistance étant égale à l'appui qu'on a trouvé, on n'avancerait pas si on ne diminuait immédiatement la surface de son corps, de ses bras, mains et jambes, en leur donnant une position anguleuse, resserrée, et non plus étendue et horizontale, comme lorsqu'il s'agissait de trouver un point d'appui. Ainsi les mains, au lieu de rester ouvertes , sont présentées ensuite dans le sens vertical, de manière à fendre l'eau, etc.

La poitrine de l'homme qui se lance à Peau après une inspiration contient environ 9. 1(55

PBYStQUI.— I, '

cent, cubes d'air, qu'on peut réduire par la contraction à 575 cent cubes ou au quart La compression peut donc être, sans danger, de quatre atmosphères pour Pair inspiré.

On peut alors, en plongeant, équilibrer la pression de Teau jusqu'à 30 mètres au-dessous de sa surface.

La pression qu'on supporte dans l'eau n'écrase pas l'homme, parce que les charges se font équilibre sur le corps et queFairdes cavités intérieures est pressé comme l'eau eUemême. C'est ainsi que des mouches, des grenouilles, vivent dans de l'eau tiède comprimée.

Vol. — D'après cela, on voit combien il est plus difficile de se maintenir dans l'aîr^ qui est peu dense, et d'y voler; on n'y peut trouver un point d'appui qu'en frappant une grande surface, et en ayaiit par conséquent des membres d'une trâs-grande envergure.

De plus, comme le point d'appui, l'air, est très-mobile et se déplace très-vite, il faut avancer aussi très-vite pour trouver un air moins mobile et plus calme à frapper. Il faut donc dépenser une force motrice plus considérable que sur la terre; aussi les oiseaux qui voient ont- ils une chaleur animale supérieure à celle des animaux terrestres et de l'homme. La chaleur interne de leur corps qui se transforme en force motrice est de 47 degrés.

Pour frapper une surface étendue, les oiseaux et quelques animaux terrestres qui, comme la chauve-souris, peuvent se maintenir dans l'air^ ont donc besoin d'ailes d'une

étendue proportionnée à celle de leur corps, et qui, après le choc de l'air, peuvent chh suite se replier de manière à occupa trèsh peu d'espace; ces ailes, chez les chauvessouris, ne sont que des espèces de memlnranés qui relient ensemble leurs pattes, leurs mains, leurs bras, leurs épaules et leurs doigts; mais l'étendue de ces membranes est considérable, et lorsqu'ils tendent cette espèce de parapluie, dont leurs os font les baleines, ils déplacent une assez forte somme d'air pour y trouver un point d'appui suffisant.

Aérostats. — La fumée monte dans i^r, soutenue par le mouvememt calorifique qui l'y pousse. L'air échauffé est plus léger quie l'air froid, il monte comme la fumée, par la même cause. Si on enferme cet air échauffé dans un ballon très-léger formé de toile ou de papier, ce ballon montera également, comme les bulles de savon qui renferment de l'air. Telle est l'origine des aérostats. Les frères Montgolfier, en 1783, à Annonay, faisaient brûler sous un globe de toile, ouvert à sa partie inférieure, de la paille, des papiers qui produisaient un courant d'air chaud, et enlevaient le ballon où cet air se trouvait re^ cueilli. De là, le nom de montgolfières donné aux ballons à air chaud.

Pîlâtre de Rozier, d'Arlandes, Charles et Robert, furent les premiers qui osèrent attacher à itn ballon de ce genre une nacelle, espèce de panier où ils se placèrent pour voyager dans les airs. Mais comme il fallait entretenir toujours dans les montgolfières un foyer

allumé qui pouvait à tout moment mettre le feu au ballon et à la nacelle, on substitua bientôt à Pair chaud, le gaz hydrogène, le plus léger de tous les gaz, qui offrait moins de dangers que Tair.

Aujourd'hui, on emploie pour gonfler les ballons, le gaz de Téclairage ou hydrogène carboné qui, quoique plus lourd que le gaz hydrogène pur, Test encore moins que l'air et peut être obtenu plus facilement et à meilleur marché, puisqu'il est produit tous les jours en grande quantité dans les villes éclairées au gaz.

Le ballon lui-même, qui doit présenter une certaine résistance, est formé de grandes bandes de taffetas cousues et recouvertes d'un vernis imperméable de caoutchouc. On ne gonfle jamais complètement le ballon, afin que le gaz puisse se dilater sans faire crever l'enveloppe, lorsqu'il arrivera dans des couches d^air moins dense qui le presseront moins à mesure qu'il s'élèvera. On dispose à la partie supérieure de Tenveloppe une soupape qu'un ressort maintient fermée, mais qUe l'aéronaute peut ouvrir à l'aide d'une corde lorsqu'il veut vider son ballon de gaz, ou mêler celui-ci à l'air extérieur pour le faire descendre. On charge toujours la nacelle d'une certaine quantité de lest ou sacs de sable que l'aéronaute jette dans le vide lorsqu'il veut alléger son poids et monter; le baromètre lui indique le nombre de mètres dont il monte ou descend.

La descente, souvent dangereuse lorsque l'aéronaute n'est plus maître de son ballon.

qui se vide trop rapidement, ou qui se déchire, peut être opérée à l'aide d*un parachute, espèce de grand parasol d'environ 15 mètres de circonférence qui ne peut tomber que lentement à cause de la résistance de l'air qui gonfle son envergure; cet air s'échappe par une ouverture placée au centre du parasol, afin qu'il ne déchire pas celui-ci, ne le fasse trop osciller. Des cordes fixées h la circonférence extérieure soutiennent une nacelle où se place l'aéronaute qui veut quitter son ballon.

On s'est servi dans quelques guerres de ballons captifs, c'est-à-dire retenus par des cordes, ou même de ballons libres, pour observer les mouvements de l'ennemi ; celui-ci tirait vainement sur ces aérostats sans les atteindre, parce que le déplacement et le refoulement causé dans l'air par le mouvement de la balle déplaçaient le ballon, et le soustrayaient aux balles ou boulets qu'on lui tirait ; mais les services rendus par les ballons sont encore très-peu considérables, parce qu'on ne les peut diriger à volonté.

Aéronefs, Appareils plus lourds que l'air* — Depuis quelques années, il est fortquestiqn de voyager dans les airs et de s'y diriger, non plus au moyen d'aérostats, c'est-àr-dire de ballons légers qui ne peuvent résister aux moindres vents et lutter contre eux, mais avec des appareils plus lourds que l'air ou aéronefs.. On imiterait ainsi les oiseaux, qui sont en effet plus lourds que l'air, et qui s'y maintiennent par des battements d'ailes.

On a propose pour cela des espèces d'ailes

plates, ou parachutes, qui se déploieraient comme un parapluie pour soutenir Tl^omme, puis se replojeraient comme les ailes des oiseaux, pour remonter et fendre Pair, et présenter alors une moindre surface.

On a proposé également des espèces de cerfsvolants inclinés, qui s'enlèveraient par suite de la résistance de l'air, et auxquels il n'y aurait plus qu'à communiquer un mouvement horizontal, analogue à celui de la main et du fil qui retient le cerf- volant.

Ou bien encore on a voulu imiter ce petit instrument, le spiralifère, avec lequel jouent les enfants, et qui consiste en une surface qui tourne autour de son axe comme une hélice, et qui s'élève par ce mouvement, lorsqu'on lui a communiqué une première impulsion de rotation sur eUe-mème,

Rien n'empêcherait probablement de réaliser ces projets, si l'on possédait non plus seulement la machine qui pourrait le mieux naviguer dans l'air, mais surtout un moteur léger et cependant assez puissant pour faire mouvoir et emporter dans l'air l'appar^l plus lourd quél'air; et c'est là la vraie difficulté.

Sans doute, pour pouvoir vaincre la résistance de l'air, il faut un corps lourd et non un corps léger; on a beau jeter avec une grande force une feuille de papier en Tair, elle n'arrivera jamais à une hauteur de 4 à 5 mètres, hauteur qu'atteindra sans peine nne pierre plus lourde. Mais comment remplacer dans l'aéronef la force développée par notre bras?

Tout corps abandonné à lui-même tombe avec une vitesse de 6 mètres par seconde ; il faut donq d'abord vaincre ce résultat de la pesanteur et trouver une force capable d'éîever de 6 mètres ce même corps en une seconde ; puis pour le faire monter de 1 mètre, il faudrait que cette force i'élevât au moins de 6 mètres. Or, pour monter suffisamment à une vingtaine de mètres, puis, pour s'y soutenir, il faudrait une force capable de produire une vitesse d^élévation beaucoup plus grande. Car, lorsqu'un corps tombe de 20 mètres, la pression de la pesanteur s'ajoute et se multiplie à chaque seconde, et refibrt à faire pour soulever le corps est plus considérable.

Ce n'est pas tout; l'homme pèse 75 kilogrammes ; c'est ce poids qu'il faut élever à 6 mètres; or, il faudrait pour cela un moteur d'une force de 6 chevaux-vapeur ou six fois 75 kilog. ; de plus, il faudrait que le voyageur emportât avec lui sa machine et, si c'était une machine à vapeur, son eau et son charbon.

Or, il faudrait au moins 1 kil. 1/2 de charbon par heure par force de cheval, plus l'eau ; ce qui ferait déjà, rien que pour enlever un homme, 9 kil ; sans compter ce qu'il reste à ajouter pour la machine et l'approvisionnement, car aujourd'hui, pour élever 15 kil.

à 5 mètres en une seconde, il faut la force d'un cheval-vapeur. (F. plus loin l'explication de ce mot)

On voit combien le problème devient difficile.

Pour enlever l'homme, il faudrait donc un moteur qui ne pesât pas plus de 15 kil. et, pour le soutenir, 3 kil. par force de cheval ; or, les plus petites machines à vapeur ne pèsent pas moins de 100 kil. par force de cheval, plus rapprovisionnement.

Enfin, un homme de 75 kil. pour se maintenir devrait se servir d'une surface en ailes d'au moins 14274 mètres carrés, poids qu'il faut encore ajouter au total.

Est-ce à dire que le problème est insoluble ? Assurément non ; seulement, il fâut bien se rendre compte des difficultés qu'il présente, et c'est ce qu'on n'a pas assez fait jusqu'ici.

Les essais tentés doivent en efiet tous être dirigés de manière à trouver une machine motrice d'une grande légèreté et en même temps d'une grande puissance; on avait essayé d'en construire en aluminium, le plus léger des métaux, machine qui n'aurait pesé que 12 kilog.; mais on n'a pas tiré grand parti de cet essai, sur lequel il conviendra de revenir; les machines à vapeur exigent un approvisionnement toujours alourdissant; le moteur Lenoir nécessite une machine trèssolide, et par suite lourde, pour résister aux chocs brusques de la combustion du mélange gazeux, et par suite des provisions d'eau pour refroidir le cylindre très-échauffé par cette combustion. L'électricité ne produit pas une assez grande puissance motrice; en un mot on est encore à chercher le moteur et la meilleure disposition mécanique à employer; mais nul doute qu'on n'arrive à résoudre ce problème.

n sera bon pour cela d'étudier de trèsprès le vol des oiseaux qui sous un poids très-minime possèdent une force très-grande, et qui, lorsqu'ils volent, fournissent 4 à 5 fois le travail nécessaire pour soulever leur poids qui ne dépasse pas 2 à 3 kilog. par force de cheval-vapeur.

Pour posséder cette puissance motrice, l'oiseau produit, par la respiration de l'oxygène de Tair, respiration qui ne se fait pas seulement chez lui dans les poumons, mais partout son corps, il produit, disons-nous, une oxydation ou chaleur animale de 45<>, température qui nous brûlerait et nous détruirait, nous qui n'avons qu'une chaleur interne de 370.

Enfin les appareils de vol, outre cette machine motrice qu'il possède dans son propre corps, sont parfaitement établis pour le soutenir, pour battre l'air, pour le fendre, pour former parachute, et profiter dans tous les sens de la résistance et de l'appui de l'air, même lorsqu'il est déplacé, ce que les oiseaux peuvent aisément faire puisqu'ils ont une vitesse de 40 mètres par seconde.

L'homme, auquel des ailes de 80 à 110 mètres d'envergure ne suffiraient pas, est loin encore de cette perfection ; mais avec l'étude, la science et la volonté, tout fait espérer qu'il pourra un jour voyager également dans les airs.