CHAPITRE PREMIER

SUR LES MODVEMENS EXCITÉS DANS CN MILIEU EN REPOS PAR V’H// COURANT DE FLUIDE QUI LE TRAVERSE. Il'

"V ENTURi est le premier qui ait examiné par la voie de Texpérience , quel est le mode d’action ''exercé sur l’air atmosphérique, ou sur une masse d’eau en repos, par un courant de fluide qui les traverse. n rapporte, dans un Mémoire très-remarquable, ayant pour titre Recherches expérimentales sur le Principe de la Communication latérale du mouvement dans les Fluides^ quelques expériences qui prouvent qu’un courant d’air ou d’eau qui traverse l’atmosphère, entraîne l’air et les corps légers qui l’avoisinent^ a" qu’un courant d’eau qui traverse une masse de ce liquide l’entraîne également. C’est ce phénomène que Venturi désigne sous le nom de Communication latérale du mouvement dans les Fluides. Quant à sa cause, il remarque qu’elle peut consister soit « dans la viscosit é et l’adhérence mutuelles des parties

» du fluide , soit dans leurs eiigagemens et entre- » lacemens réciproques , soit dans l’écartement jde » ceHes qui sont en mouvement » et , quoique dans ' le courant de son Mémoire il revienne fréquemment sur cette troisième hypothèse et paraisse disposé à l’adopter, néanmoins, il termine en disant qu’il admet la communication latérale comme un principe expérimental, sans prétendre en donner d’explication.

Il est bon d'observer que les deux premières hypothèses , savoir : que la communication latérale dépend ou de la viscosité et de l’adhérence mutuelles des parties du fluide, ou de leurs engagemens et entrelacemens réciproques , n’ont pu être mises en avant par Venturi, que parce qu’il pensait que cette communication latérale se faisait par couches concentriques au courant^ c’est-à-dire qu’un courant cylindriqiie , par exemple , entraînait avec lui la couche de fluide qui le touchait , que celle-ci entraînait la suivante, et ainsi de suite ^ en sorte que dans tout l’espace où le mouvement était propagé , ce mouvement avait lieu dans des directions parallèles à celle du courant. Mais il n’en est point ainsi dans la réalité ^ nous verrons bientôt que les molécules du fluide qui environnent le courant, s’avancent vers lui dans des directions qui, d’abord presque perpendiculaires à la sienne , s’infléchissent successivement vers elle et finissent par lui être presque parallèles. De là nous pourrons conclure que la communication du mouvement ne peut être expliquée entièrement ni par la viscosité des fluides, ni par l’entrelacement de leurs molécules.

La troisième hypothèse proposée par Venturi , savoir: que la communicatioa latérale est due à récartement des molécules qui' sont en mouvement , semble lui avoir été suggérée principalement par ce r fait remarquable que , dans des circonstances semblables un tuyau cylindrique dépense plus qu’un orifice en même paroi : c’est du moins à l’occasion de ce phénomène qu’il la développe (page iS du Mémoire sur le Principe de la communication latérale du Mou\^ment dans les Fluides , édition de 'l’an 6).

Avant de discuter cette dernière hypothèse , je crois nécessaire d'exposer avec détails les circonstances qui accompagnent le mouvement d’un fluide dans un milieu résistant.

Je subdivise les courans de fluides en courans continus et courans discontinus. Les courans continus sont ceux entre les parties desquels il n’existe point d’intervalles sensibles^ les courans discontinus, ceux dont les diverses parties sont séparées par des intervalles sensibles. Ainsi , on obtient ' un courant discontinu, lorsqu’on fait passer une série de bulles d’air dans un liquide , ou que l’on lait tomber une série de gouttes d’eau dans l’atmosphère suivant une même direction. Je vais exposer d’abord les effets des courans continus.

Courant d’air continu dans V atmosphère.

Sur le fond horizontal AB (Fig. i) du gazomètre ABCD, j’ai fixé, dans une situation verticale, un tube cylindrique EF de o™,30 de longueur et o“,oo5 de diamètre intérieur, destiné à laisser

sortir U U courant d'air sous une pression 'constante^ cette pression se mesurait à l'aide d’uh tube recourbé GH contenant une colonne d'eau. Puis, afin de connaître la direction du mouvement tant des particules du courant que de celles de l'air atmosphérique , j'ai attaché sur le fond du gazomètre , dans une position verticale , une petite règle en bois IK qui portail huit fines aiguilles en acier, toutes horizontales et situées dans un même plan vertical passant par l'axe du tube EF, et sur lesquelles se trouvaient collées, par l'une de leurs extrémités , de petites plumes ou barbes d'édredon situées dans des directions horizontales perpendiculaires au plan des aiguilles. Les aiguilles 1,2,3, 4 , 5,6 étaient écartées de o'”,o 5 les unes des autres 5 6 , 7 et 8 de o"‘,oi seulement ^ l’aiguille 6 se trouvait d’ailleurs dans le plan horizontal de l’orifice F. L’extrémité libre des aiguilles 1,2, 3 , 4 7 5 était sur le prolongement de l’axe du tube EF ; celle des aiguilles 6, 7, 8 était à o®,oi du même axe. Sur chacune des aiguilles, les plumes, au nombre de 3 o, se trouvaient écartées les unes des autres de o“*,oo 5 , la première occupant l’extrémité libre de l’aiguille 5 enfin , sur les aiguilles 1 , 2 , 3 , 4 5 entre la

première plume et la suivante , il y avait une autre plume disposée comme celles-ci, mais située à o™, 002 de la première. On voit (Fig. 2) , pour les aiguilles i , 2,3, 4 7 5 et (Fig. 3 ) pour 6, 7, 8 , les dispositions relatives de toutes les plumes d’une même aiguille.

Les choses étant ainsi disposées, j’ai laissé l’air comprimé s’écouler par l’orifice F, et j’ai jugé, par

la direction que prenaient les plumes, du sens du mouvement, tant de cet air que de l’air atmosphérique.

Voici les résultats observés dans une expérience où l’écoulement de l’air par le tube EF avait lieu sous une pression constante de o™,3o d’eau.

Aiguille 1 . La plume n° t qui , avant le mouvement, était horizontale se redressait sous l’influence du courant , et se plaçait dans le prolongement de son axe, c’est-à-dire dans une position verticale. Les 9 plumes suivantes se redressaient aussi dans le plan vertical des aiguilles , mais au lieu d’être verticales leur extrémité bbre se rapprochait un peu du courant, de telle sorte qu’elles faisaient avec son axe un angle qui bien qu’assez petit , l’était pourtant d’autant moins qu’elles se trouvaient plus éloignées de lui. Les autres plumes, depuis la ii*’ jusqu’à la 23*^ étaient aussi mises en mouvement^ mais le mouvement diminuait à mesure qu’elles étaient plus éloignées du courant , et il était insensible au-delà de la 33®. Ces plumes , au lieu de venir se placer dans le plan vertical des aiguilles , se relevaient d’autant moins qu’elles étaient plus éloignées du courant , et les 20®, 31®, 33®, restaient dans le plan même où elles avaient été placées, tandis que, d’autre part', l’extfén^té libre de chacune se courbait progressivement vers le courant , de telle sorte que daus les 30®, 3i®., et 23®, cette extrémité était pliée presque parallèlement à l’aiguille. On comprendra mieux ces dépiaceraens à l’inspection de la flgure 4 qui représente ’ les projections horizontale et verti-

cale des plumes de l'aiguille considérée pendant que le mouvement a lieu.

j4iguilles a, 3, 4? 5. Sur chacune de ces aiguilles , les directions des plumes étaient analogues aux précédentes ^ seulement le nombre des plumes déplacées diminuait à mesure que l'aiguille considérée se trouvait plus près de l'orifice F du tube.

Aiguilles 6 , 7 et 8 . Sur ces aiguilles il n'y avait point de plumes amenées dans le plan vertical des aiguilles , mais celles qui étaient déplacées se comportaient à peu près comme les i5®, 16*, etc. , de l’aiguille n° 1 , de plus leur nombre était très-petit.

J'ai réuni, dans le tableau suivant, l'ensemble des résultats observés :

mmÉxos

des

aiguilles.

NOMBRE des plumes <pii se redressent ^ans le plan vertical des aiguilles.

NOMBRE des plumes qui , quoique agitées, ne viennent point se placer dans le plan vertical des aiguilles.

OBSEEFATIONS.

U est bon de remarquer que

malgré tout le soin apporté dans le choix des barbes d'édredon ,

elles différaient tm peu entre

elles sons le rapport de la sensi-

bilité , en sorte que les nombres

de ce tableau ne peuvent être emsidérés que comme des

peu-prés, mais qui pourtant doi-

vent peu s'éloigner de la réalité.

Pour rendre les résultats renfermés clans ce ta- ^ bleau plus faciles à saisir dans leur ensemble, on • , les a réunis à l’aide d’un tracé graphique indiqué figure 5. Dans cette figure, F est l’orifice du tube par lequel l’air s’écoule 5 FAA'A"A'" est l’espace dans ' lequel les barbes d’édredon sont redressées dans le plan vertical des aiguilles^ enfin l’espace compris entre FAA'A"A'" et est celui où les plumes,

quoiqu’agitées , ne viennent point se placer dans ce plan.

Si l’on considère que le coui-ant d’air qui sort du gazomètre a 3 ^ millimèti es de rayoti ; que la plume ri“ 3 des aigriilles 1,3,3, 4,5 qui est située à 3 millimètres de l’extrémité libre de ces aiguilles est dans l’intérieur du courant 5 que cette plume ne se place pas verticalement comme cfelle qui est à l’extrémité de faigiiille , mais qu’elle se rapproche par son extrémité libre de l’axe du courant 5 on pourra conclure que si l’on divise par la pensée la masse d’air qui sort de l’orifice F en filets infiniment déliés , tous ces filets , une fois sortis de l’orifice, convergent les uns vers des autres.

Si 5 en outre , on examine avec attention la direction du mouvement imprimé aux plumes sur chaque aiguille , on verra que les différentes parties de l’air atmosphérique qui avoisinent le courant participent à son mouvement , mais de telle sorte qu’une particule d’air m , par exemple (Fig. 5) , située à une certaine distance du courant, parcourt un chemin mnpq qui, d’abord presque perpendiculaire au courant, s’infléchit bientôt et de plüs en plus

vere lui , et finit par faire un très-petit angle avec sa direction. ^

La direction de ce chemin mnpq est suffisamment indiquée par celle des plumes \ et c’est même à-' cause de la forme de ce chemin que l’air est mu, mais avec peu de 'vitesse^ daus la partie CBB'" de l’atmosphère située au-dessous de l’orifice F.

Pour qu’il ne reste aucune obscurité sur ce sujet , J’ai représenté (Fig. 6) l’ensemble des mouvemens d’un courant qui sort d’un orifice F, et de l’air atmosphérique qui l’avoisine.

On pourrait demander suivant quelle loi décroît la vitesse d’un pareil courant d’air , et quelles sont les directions de ses filets vers le lieu où il est arrêté par la résistance de l’air ambiant ^ c’est uu sujet sur lequel je me propose de revenir. dans un prochain mémoire.

Courant d'eau continu dans V atmosphère.

Les effets précédens se reproduisent , toutefois avec une très-faible intensité , quand on dirige un courant d’eau à travers l’atmosphère.

Courant d eau continu dans une masse deau.

Ces effets sont très -prononcés au contraire, lorsqu’on dirige un courant d’eau qui sort d’un tube veiVical AB (Fig. 7), dans une masse d’eau contenue dans un vase CD. Mais pour qu’ils soient sensibles à l’œil , il faut que le vase soit transpar ent et qu’on ait mêlé à l’eau qui s’y trouve une poudre visible de même densité que ce liquide. 11 faut d’ailleurs que le tube n’ait pas plus de o'",opi .de

diamètre, celûi du vase étant o“‘, 30 ^ sans quoi il se produit , outre les mouvemens indiques (Fig. 7), des courans ascensionnels EC , DF (Fig. 8) , très-sensibles dans tout le pourtour du vase..

Tels sont les mouvemens produits par un courant vertical continu dans un milieu qu’il traverse (i).

Passons maintenant à l’étude des courans discontinus.

Courant d'eau discontinu dans t atmosphère.

Il est connu depuis long-temps que la pluie, qu’on peut considérer comme un courant d’eau discontinu, produit un courant d’air continu qui suit sa direction \ ce courant d’air continu doit exciter dans l’air ambiant des mouvemens analogues à ceux que j’ai .décrits plus haut.

Courant d’air discontinu dans une masse (T eau: Si après avoir rempli d’eau un verre , par exemple , dans lequel on a jeté une poussière de même densité que le liquide, on fait passer «à travers celuici un courant d’air discontinu à l’aide d’un tube capillaire recourbé (Fig. 9) , dans lequel on souffle , on reconnaîtra aisément, par le mouvement des par-

(i) G>mnie Tapparcil que j'ai dcicrit plus haut exige une pre'paratlon un peu longue , j'indiquerai en faveur des personnes qui voudraient vMfîer les faits mentionnes ci-dessus, une manière très-simple et trdsexpéditive de taire l'expérience. Elle consiste à diriger un courant d'air dans le voisinage de la flamme d'une bougie, en soufflant dans un tube de verre de 4 à 5 millimètres de diamètre : on voit à l'instant la flamme s'approcher du courant en se courbant vers Ini ; et si l'on fait varier la distance de la flamme au courant , on pourra reproduire aisément tous les effets décrits , mais d'une manière moins sensible , parce que les flammes , même les pKu légères , sont beaucoup moins mobiles que les barbes d'édredon.

ticuies de la poussière, qu'il se forme autour du courant d'air discontinu, un courant d'eau continu dirigé dans le même sens et qui agit sur le fluide am-i biant comme je l'ai exposé. ^

• On peut conclure des (àits qui précèdent qu'un courant discontinu produit, si non immédiatement , du moins médiatement des effets semblables à ceux des courans continus.

Dans ce qui précède nous n’avons considéré que des courans verticaux. Lorsqu'un courant est incliné , les mouvemens qu'il excite dans le milieu qu'il traverse sont analogues à ceux que produit un courant vertical ; cependant on conçoit que la pesanteur vient ici compliquer un peu le résultat ^ aussi nous ajournons à un prochain mémoire le détail des expériences relatives à ce sujet.

Il résulte des expériences précédentes que les phénomènes produits par un cornant de fluide dans un milieu indéfini ne consistent point, ainsi que le pensait Yenturi , dans une communication latérale en vertu de laquelle le fluide ambiant devrait se mouvoir concentriquement au courant initial 5 mais qu’ils consistent en' ce que les particules du fluide avoisinantes s’avancent d'abord vers Ip courant , puis s’irifléchissent dans le sens de son mouvement , et enfin se dirigent presque parallèlement à son axe.

Avant de rechercher quelle est la cause, de ces phénomènes, il importe de bien préciser en quOi ils consistent. Or, soit ab (Fig. 10) un courant vertical conünu dirigé de bas en haut suivant scût

le chemin parcouru sous l'infiu^ce

de ce courant par une molécule m du milieu qu’il traverse : divisons par la pensée le temps employé

à parcourir le chemin mm'm" en un nombre

hiBni d’instans infiniment petits, et soient mm', m'm"|

les différentes parties de la ligne ntm'm''..., parcourues pendant chacun de cœ mstans. Il est clair • que la molécule m qui , partant du repos, parcourt dans le commencement de son mouvement la ligne mm! presque perpendiculaire au courant, est sollicitée pendant le premier instant par la pesanteur suivant mp et par une autre force suivant mn telle que leur résultante est dirigée suivant la droite mm'. Si la force qui sollicite la molécule dans le sens mn ne changeait ni d’intensité ni de direction avec sa distance au courant, celle-ci continuerait de se mouvoir suivant le prolongement de mm' ^ mais il n’en est pas ainsi : au lieu de suivre cette direction, elle parcourt une ligne m'm" située au-dessus de mm' 5 il faut donc qu’elle soit sollicitée , dès qu’elle est arrivée en m', par une nouvelle force extérieure m'n' telle que la résultante de cette force, de la pesanteur et de la quantité de mouvement acquise suivant mm', soit m'm". Quand la molécule m est arrivée en m", la même chose se reproduit : elle suit une ligne m"m"' inclinée à m'm"^ d’où l’on peut conclure qu’elle est soumise, en m", à l’acfion d’une nouvelle force extérieure telle que m"n", et ainsi de suite. Il résulte de là qu'une molécule quelconque du milieu dans lequel le courant est établi , est soumise à chaque instant à l’acüon d’une force extérieure qui tend à la porter

vers le courant , et dont Tintenslté ainsi que la direction varient avec la distance de la molécule à ce courant.

Lorsque le courant est descendant, l'expérience montre que le chemin parcouru , sous son influence , par une molécule quelconque du milieu qui l'avoisine , est , à peu de chose près , le même que dans le cas où le courant est ascendante II est aisé d'en conclure , que cette molécule est , comme précédemment , soumise à chaque instant à l'action d’une force extérieure qui tend à la porter vers le courant, et dont l'intensité ainsi que la direction varient avec la distance de' la molécule à ce couéant.

Nous verrons dans le chapitre suivant quelle est la nature de cette force.