CHAPITRE VIL

De l équilibre des fluides aérif ormes.

Les fluides aériformes , tels que l’air et les autres gaz que la nature nous présente , différent des liquides par deux caractères, l’expansibilité et la conrpressibilité. Ils sont expansibles , c’est-à-dire qu’ils tendent sans cesse à s’étendre dans les espaces libres ou limités oh ils se trouvent , comme s’il existait entre leurs parties un principe répulsif qui les déterminât à .se fuir mutuellement; ils sont compressibles, c’est— à— dire que la même masse peut , sans cesser d’être gazeuse , être condensée en un volume moindre, au moyen de pressions extérieures , suffisantes pour surmonter sa tendance actuelle à l’expansion, tendance qui, pour le même gaz, change avec sa densité , ainsi qu’avec les degrés de froid ou de chaud qu’il éprouve et que l’on appelle sa température. La possibilité de ce rapprochement n’est sans doute pas indéfinie , car elle cesserait nécessairement, lorsque les particules gazeuses seraient rapprochées jusqu’au contact; mais l’expérience prouve que les pressions que nous pouvons produire , sont loin de pouvoir amener les choses jusqn’à ce terme ; il n’existe pas même de gaz que nous puissions ainsi réduire par la pression à l’état liquide, état dans lequel les molécules sont Vraisemblablement encore fort écartées. Outre les particula-

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rites precedentes, les gaz comme tontes les autres substances matérielles sont soumis à la pesanteur. Il faut donc, dans la la recherche des lois de leur équilibre, avoir égard à toutes ces propriétés.

Cela posé, considérons une niasse gazeuse ainsi constituée, contenue de toutes parts dans un vase à parois solides, et abandonnée en repos à ses propres efforts. Ils est évident d’abord qu’elle s’étendra de tous côtés dans ce vase, le remplira entièrement , et pressera les parois de dedans en dehors , avec la force d’expansion qui convient à son volume , à sa densité et en général à son état actuel. En outre les couches inférieures supportant le poids des supérieures se comprimeront sous leur pression , et il s’établira ainsi un décroissement de densité de bas en haut dans toute la hauteur du vase; ce qui fera varier la pression contre ses parois , tant celle qui provient de la pesanteur du gaz , que celle qui dépend de son ressort , puisque le ressort varie avec la densité.

Néanmoins dans une petite masse de gaz, cette variation de la pression sera très-faible, et ordinairement insensible, à cause de la petitesse du poids comparativement à la force d’expansibilité. Alors si l’on perce les parois à un endroit quelconque, et qu’on applique à l’ouverture un piston mobile, une soupape ou telle autre mécanique propre à mesurer la pression de dedans en dehors , on trouvera qu’elle est sensiblement la meme dans toute l’étendue des parois , c’est-àdire , que chaque unité de surface, chaque millimètre carré par exemple , en éprouve un effort égal ; de plus si l’on dispose ainsi plusieurs pistons qui, en pénétrant dans la masse gazeuse la compriment avec une certaine force , la pression produite ainsi par l’un quelconque d’entre eux se transmettra sans altération à tous les autres par l’intermédiaire de la substance gazeuse , comme nous avons vu que cela se faisait dans les liquides , de sorte que cette propriété qui constitue le principe de l’égalité de pression, a lieu aussi dans les gaz.

Maintenant si nous revenons à considérer en général l’équilibre d’une masse gazeuse , expansible , compressible et

AER1F0RMES.

pesante , nous pouvons apporter à cette recherche îa même simplification qui nous a servi pour les liquides , c’est-à-dire , faire dépendre l’équilibre de la masse entière de celui d’un canal de forme quelconque , rentrant sur lui-même ou fermé à ses extrémités. Car la résistance qu’offrait alors l’incompressibilité du liquide, est ici remplacée par la réaction élastique des particules , et l’on peut sans troubler l’équilibre substituer, à l’une comme à l’autre , la résistance de points fixes ou de parois solides , que l’on devra de même supposer sans force aux endroits où la masse gazeuse sera limitée par une surface libre. De là on déduira que, dans l’équilibre des gaz comme dans celui des liquides, la pression à la surface libre doit être nulle ou constante et dirigée de l’extérieur à l’intérieur* et qu’en outre la forme de cette surface doit être partout normale à la résultante des forces qui sollicitent les particules qui y sont situées. La première condition ne pourrait être remplie dans les substances gazeuses que nous offre la nature, si les lois de leur expansibilité indéfinie étaient rigoureusement et invariablement telles qu’elles s’offrent à nous dans les limites de condensation, de raréfaction et de températures auxquelles nos expériences peuvent s’étendre. Car nous trouvons ainsi , que le ressort d’un gaz ne devient jamais absolument nul , quelque faible qu’on suppose sa densité. Mais il faut pourtant qu’il y ait des circonstances inconnues par lesquelles cette expansibilité indéfinie puisse être restreinte , puisque l’atmosphère terrestre , par exemple , quoique isolée dans le vide des cieux , ne se dissipe pas , et accompagne la terre dans son cours en partageant tous ses mouvemens. Peut-être le froid excessif qui existe, comme nous le verrons plus tard dans les hautes régions de l’atmosphère, change-t-il assez la constitution de ses dernières couches pour anéantir leur tendance à l’expansion ? car si la gra-> vité seule retenait les dernières particules atmosphériques , en faisant équilibre à leur ressort simplement affaibli , elles devraient se mouvoir autour de la terre comme autant de satellites , au lieu de tourner ayec elle , eu 24 heures , comme lui étant adhérentes.

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Si delà surface , libre ou non libre , nous passons aux couches intérieures, les conditions de leur équilibre seront les mêmes que celles d’une simple colonne gazeuse, qui s’étendrait de haut en bas dans toute la masse. Si pour plus de simplicité nous supposons ce canal bouché à son extrémité inférieure , les couches superposées, se comprimeront comme nous le disions tout-à-l’heure , en vertu de leur propre poids* et la variation de leur densité dépendra de la manière dont leur ressort croît à mesure qu’elles se compriment. Il faudra en outre avoir égard à toutes les causes qui peuvent modifier l’énergie de ce ressort , comme le froid , la chaleur et la nature des vapeurs qui peuvent y être mêlées. La complication de tant de causes , dont nous ne pouvons même pas bien, connaître toujours l’influence précise, fait que les conditions réelles de l’équilibre des couches atmosphériques sont trèsdifficiles à fixer, et qu’on ne peut les obtenir qu’approximativement , en supposant des modes de constitutions suffisamïnens réguliers pour être soumis au calcul , et suffisamment approchés de la réalité pour que leurs conséquences , dans les parties que nous en pouvons vérifier, soient conformes aux observations. C’est à quoi l’on parvient, surtout par les indications des deux instrumens précieux appelés le baromètre et le thermomètre. Nous les ferons connaître plus tard.