CHAPITRE XXV

Influence de V adhésion et de la cohésion sur les Phénomènes

hydro s ta tiq ues .

§ 1. Si l’on suspend horizontalement des plaques de verre, de marbre, de métal , etc., à une balance hydrostatique , et après les avoir mises en équilibre avec des poids, si on les fait toucher à la surface d’un liquide, 011 voit qu’elles ne peuvent être séparées de ce liquide, qu’en ajoutant de nouveaux poids. Le corps solide s’attache donc au liquide, ce qui est inconstcstablement l’effet d’une affinité qui s’exerce entre eux. Mais il suit aussi de cette expérience, que les parties du liquide adhèrent entre elles avec une certaine force, puisque autrement le corps solide devrait toujours enlever une partie du liquide, et que, pour effectuer la séparation, il faudrait justement prendre pour contre-poids ce que pèse le liquide enlevé. Mais le résultat de l’expérience est tout-à-fait différent. Le verre, le marbre, le bois, enlèvent effectivement une portion del’eau, de l’alcool et de la plupart des liquides avec lesquels on les met en contact, c’est-à-dire , qu’ils en sont mouillés ; mais le poids de ces parties du liquide, est beaucoup plus faillie que ce qui est nécessaire pour la séparation. Le mercure même ne mouille point du tout ces corps, et cependant il

(') Ou peut encore consulter Tarliclc Aréomètre du Dictionnaire technolo ique des Arts el Métiers.

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faut un poids considérable pour les détacher de sa surface , etc.

( Voyez Gehler et Fischer , article Adhésion .)

$ 2. On déduit de l’universalité de ce phénomène, qu’il existe une attraction réciproque ou une affinité entre tous les corps solides et liquides, (pag. 12 , § 125 pag25 etc., §§ 3, /j., 5). De meme la propriété que possèdent les particules de chaque liquide , d’adhérer entre elles avec une certaine force , est la conséquence d’une cohésion intérieure, ou seulement d’une jpression extérieure (pag. 1 i3, $ i/f )• Nous nommerons ce phénomène attraction, mais sans désigner par ce mot rien autre chose que le fait lui-même.

ADDITION

§ 3. « Dans ce que nous avons dit jusqu’à présent sur les conditions générales de l’équilibre des liquides , nous n’avons eu égard qu’à la pesanteur 5 mais les forces attractives dont nous venons de parler, apportent dans ces phénomènes des modifications qu’il est nécessaire de faire connaître, au moins par les résultats. Si dans une eau tranquille et dont la surface est horizontale, 011 plonge verticalement un tube de verre très-étroit , et qu’on nomme pour cette raison capillaire, l’eau s’élance aussitôt dans l’intérieur du tube et s’y maintient au-dessus de son niveau : cet excès d’élévation est d’autant plus grand que le diamètre du tube est moindre : voilà ce que donne l’expérience : c’est l’effet le plus simple de la capillarité. On ne saurait supposer que ce phénomène soit dû à l’action de l’air, car il a également lieu sous le récipient de la Machine Pneumatique (chapitre XXIX, § 9). On est donc forcé de le regarder comme le résultat d’une force attractive soit de l’eau, soit du verre, ou meme de ces deux corps: telle a été l’idée de Newton qui n’a pas dit en quoi cette attraction consistait, ni comment elle s’exerçait; Clairaut a été depuis le seul géomètre qui se soit occupé de ce problème ( Thèor. de la Figure de la Terre , pag. jo5 et suiv. ) : mais sa théorie qui décèle une grande sagacité , ne résout la question que d’une manière incomplète : il était réservé à l’illustre auteur de la Mécanique céleste (Théor. de l’Action capillaire , ou Supp. au ioe liv.), d’en donner une solution qui satisfasse à toutes les observations. Comme nous ne nous proposons pas d’entrer dans l’exposition raisonnée de cette savante analyse , nous nous bornerons à relater une expérience qui est comme la base de la belle théorie de M. Laplace : le liquide monte toujours à la meme hauteur dans un tube capillaire de meme matière et de même diamètre, soit qu’on le choisisse mince ou épais , en sorte que les couches de verre qui sont à une distance sensible de la surface intérieure, ne produisent absolument aucun effet appréciable. Cette expérience qui est bien certaine, montre donc que la force attractive du verre, ou, en général, de la matière du tube, décroît trèsrapidement à mesure quç la distance augmente, en sorte qu’elle n’a d’effet sen-

sible que très-près du contact , et que son action est comme nulle, dès que les molécules ne sont plus a une distance infiniment petite. En cela, ce genre de force est tout-à-fait semblable à ce que les chimistes nomment afiinité, et qui produit ici une action tout-à-fait analogue à celle des corps sur la lumière, comme on le verra, lorsque nous parlerons de la réfraction. Passons aux faits d’expériences : i° Lorsqu’on plonge dans un liquide un corps susceptible de se mouiller, par exemple, une lame ab de verre dans l’eau , ou une lame d’or ou d’argent dans le mercure [fig. 36) : ce liquide s’élève au-dessus de son niveau, en décrivant de part et d’autre une courbe concave vers Pair. 2° Lorsque le corps ab plongé, n’est pas susceptible d’être mouillé par le liquide , celui ci s’abaisse autour de lui, en décrivant une courbe convexe vers l’air (fig* 37) ; c’est ce qui a lieu, lorsqu’on plonge une lame de verre dans le mercure, ou une lame de verre enduite d’une légère couche de graisse dans l'eau. 3° E11 plongeant dans l’eau une lame d’acier poli , le liquide conserve sensiblement son niveau : la même chose arrive si l’on plonge dans du mercure bien privé d’humidité, une lame de verre bien desséchée. 4° Si on plonge dans l’eau deux lames de verre ab et a'b' parallèles , et assez rapprochées pour que les branches des courbes puissent se joindre, il se forme entre les deux lames une surface concave vers l’air, et l’eau s’élève entre elles, au-dessus du niveau de l’eau extérieure, et d’autant plus que les deux lames sont plus rapprochées {fig. 38). 5° Si l’on plonge ces deux lames dans le mercure , il se forme entre elles une surface convexe vers l’air , et le métal se tient à l’intérieur au-dessous du niveau extérieur {fig- 39). 6° Si l’on substitue un tube aux lames de verre, l’eau s’élève dans son intérieur, audessus du niveau, d’une quantité d’autant plus grande que le tube est plus étroit 5 au contraire, le mercure s’abaisse au-dessous du niveau. En observant avec attention le mouvement de la colonne d’eau dans le tube capillaire , 011 s’apperçoit que la concavité n’a pas constamment la même courbure, et, en général , que plus cette courbure est concave, plus est grande la hauteur de l’eau audessus du niveau naturel : d’où l’on peut conclure qu’il existe un certain rapport entre ces deux élémens. Si l’on emploie un tube de verre dont le diamètre est de o,5o8 millimètres, l’eau s’élève au-dessus du niveau à 25,4 millimètres: en employant un tube dont le diamètre est de 2 millimètres, on aune élévation d’environ 6,^5 millimètres ; ces résultats donnent, à-peu-près, le rapport inverse entre les élévations du liquide et les diamètres des tubes. Avec un autre tube dont le diamètre est de i,33 millimètre, l’élévation a été d’environ 10 millimètres. Quant au mercure et en employant les mêmes tubes , on a trouvé que dans celui de deux millimètres de diamètre, le mercure s’est abaissé de 3,66 millimètres au-dessous de son niveau, et que dans le tube de i,33 millimètre, l’abaissement a été de 5,5 millimètres. On a encore soumis à l’expérience deux tubes emboîtés l’un dans l’autre, et dont les axes coïncident ; le diamètre intérieur du plus large, était de 8 millimètres, et le diamètre extérieur du plus

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étroit de 5,5 millimètres, ce qui donne i,25 millimètre pour la distance entre Tun et l’autre ; l’eau s’est élevée un peu au-dessus de 5 millimètres dans l’intervalle entre la paroi extérieure du tube intérieur et la paroi intérieure du tube extérieur. Deux autres tubes avaient l’un son diamètre intérieur de 5 millimètres, l’autre son diamètre extérieur de 3 millimètres, ce qui donne un millimètre de distance ; l’élévation de l’eau a été un peu moindre que 7 millimètres. Ces résultats s’accordent à peu-près avec ceux qu’on obtiendrait, en employant des tubes simples dont les diamètres seraient les distances entre les deux tubes. On a aussi examiné ce qui se passe dans des tubes coniques , ou dans le mouvement des liquides entre deux lames inclinées sous un petit angle ; mais nous ne rapporterons pas les résultats de ces observations. Tels sont les phénomènes que présentent les Tubes capillaires. Tant que le tube aura un diamètre d’une certaine étendue , la concavité ne sera sensible qu’aupr'es de ses parois , ensorte que l’eau paraîtra encore de niveau dans toute la partie moyenne de la surface circonscrite par le tube : à mesure qu’on prendra des tubes plus étroits , la concavité s’infléchira davantage , et il y aura un terme où le point qui répond à l’axe du tube, commencera à dépasser visiblement le niveau, et enfin, si le tube cylindrique est très-délié , le liquide, au moment de l’immersion , s’y élancera, et restera suspendu à une hauteur sensible au-dessus du niveau extérieur : quant au mercure, son abaissement au-dessous du niveau, suit le meme rapport. Dans les tubes capillaires, la surface supérieure du liquide, approche de celle d’un segment sphérique. 7° Diverses observations prouvent que l’abaissement du mercure au-dessous du niveau, dans un tube capillaire, est Teflet d’une légère couche d’humidité qui tapisse la surface intérieure du tube. Casbois , professeur de physique , à Metz , est parvenu , en desséchant le mercure et le verre , à former un syphon dont une des branches était capillaire et Tautre avait un diamètre d’une certaine étendue, et dans lequel le mercure s’élevait de deux ou trois lignes plus haut dans la branche capillaire que dans l’autre. MM. Laplace et Lavoisier ayant soumis du mercure à une longue ébullition , ont fait disparaître la convexité qui termine ordinairement la colonne de ce métal 5 et ils rétablissaient l’effet de la capillarité, en introduisant une goutte d’eau dans le tube. 8° Qu’on prenne un tube capillaire recourbé ( fig . 4.0), et qu’on y introduise de l’eau, on verra le liquide se mettre de niveau dans les deux branches , et de part et d’autre le liquide sera terminé par une surface concave vers le haut : mais qu’on enduise une des branches d’une légère couche de graisse, on verra le liquide se terminer dans cette branche par une surface convexe , et dans l’autre par une surface concave, et, dans cette dernière, le liquide sera plus élevé que dans l’autre. 90 Si 1 on construit un syphon renversé dont l’une des branches soit large et l’autre capillaire, en y versant de l’eau, ce liquide se tiendra plus haut dans le tube capillaire que dans le tube large : si l’on y verse du mercure , celui-ci se tiendra au contraire plus bas dans le tube capillaire que dans le tube large. io° Si deux

corps flottam sur un liquide, sont susceptibles ou non d’être mouillés, dans le premier cas, il se fait autour d’eux un abaissement ou une dépression du liquide, et dans le second, une élévation ( fig . 4 1 et \ ) : si l’on rapproche les corps de manière que la distance qui les sépare, devienne assez petite, on les voit sc porter l’un vers l’autre et s’unir. Si l’un des globules est susceptible d’être mouillé et que l’autre globule ne le soit pas , ce qui arrive, si , par exemple, l’un est de liège et l’autre de cire, le liquide s’élèvera autour du premier, et il formera un enfoncement autour du second, et si on les rapproche de manière à ce que leur distance devienne fort petite, ils se repousseront. Ou peut aux globules substituer deux aiguilles que l’on posera doucement sur l’eau , où elles botteront par helfet de la petite couche d’air qui recouvre leur surface, comme cela a lieu en général, pour tous les corps. Si l’on fait avancer Tune des aiguilles vers l’autre, dans une direction oblique, jusqu’à ce que les extrémités se touchent, elles s’inclineront l’une sur l’autre , de manière que l’angle qu’elles formaient au moment du contact, diminuera peu-à-peu, et elles finiront par adhérer entre elles dans toute leur longueur. On peut varier cette expérience , en mettant l’extrémité de l’une des aiguilles en contact avec un point quelconque de l’autre, sous un petit angle - elles finiront encore par se porter l’une vers l’autre, jusqu’à se juxtaposer. ii° L’action capillaire explique parfaitement comment un morceau de sucre en partie plongé dans l’eau, s’en pénètre promptement dans toiite sa hauteur; comment une muraille dont le pied est baigné dans l’eau, devient humide à une grande élévation ; comment une goutte d’huile s’étend aussi loin dans le tissu d’une étoffe, ou dans une feuille de papier; comment les corps gras liquides ou fondus par la chaleur , s’élèvent dans les mèches de coton ; comment un vase en partie plein d’eau, se vide complètement et goutte à goutte , si l’on place sur le bord une mèche de coton qui plonge dans l’intérieur et descend en dehors plus bas que le fond du vase. n° Les effets de la capillarité peuvent expliquer jusqu’à un certain point l’ascension des liquides dans les végétaux vivans. L’économie animale doit présenter des effets de capillarité d’autant plus marqués que les vaisseaux qui la composent, sont d’une trèsgrande ténuité. Quant aux faits que nous venons de relater , on en trouvera l’explication déduite de la belle théorie de M. Laplace , dans les Traités de Physique de MM. Jlaüy , Biot et Pelletan . »

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