DEMONTRE PAR LA ROTATION D'UN CORPS

Il R^dscleur, 32 scptombra ISSî.)

Monsieur,

Permetteï-moi dfi voua communiquer qm-l^ues nouveaux résullats d'eip^xiences que je poursuis depuis un certain temps et qui fournissent encore quelques preuves physiques du mouvement de la terre.

En cliercliant à découvrir de nouveauï signes de ce grand pb^nomène, j'ai raisonné sur le plan de rotation d'un corps qui tourne, comme je l'avais fait précédemment sur le plan d'oscillalion du pendule.

11 m'a semblé qu'un corps tournant autour d'un axe principal et librement suspendu par son centre de gravité devait tout aussi bien qu'un pendule mis en tiranle résistera l'entraînement de la rotation du globe. Un appareil que j'ai fait construire sur cette donnée a, en elTel, fourni du mouvement de la terre le nouveau signe que je cherchats. Fixement orienté dans l'espace absolu, l'axe du corps tournant, examiné au microscope, semble rétrograder lentement d'orient en occident et chemine d'une manière continue dans le cliamp de l'instrumeot, comme l'image des corps célestes au foyer de la lunette.

J'ai, de plus, reconnu par expérience dans les corps tournant sur eux-mêmes une propriété singulière que le raisonnement m'avait désignée d'avance; je veux parler d'une force d'orientation qui tend h diriger l'axe du corps parallèlement à celui de la terre etft disposer en mt.'fme temps les drux rotations dans le mèine sens.

Celte force d'orientation se manifeste toutes les fois que l'axe du corps tournant

i. Voir pago 401,

est maintenu dans un plan fixe avec la terre, tout en conservant la liberté de se diriger dans ce plan.

Cette nouvelle propriété des corps tournants donne du mouvement de la terre des signes très-apparents et qui rappellent jusqu'à un certain point les évolutions de l'aiguille aimantée.

Opère-t-on dans le plan horizontal, Taxe du corps se dirige vers le nord et Tappareil fonctionne à la manière de la boussole de déclinaison. Opère-t-on dans un plan vertical quelconque, Taxe de rotation s'incline et figure, en se rapprochant de la direction de Taxe terrestre, Taiguille qui manœuvre dans les boussoles d'inclinaison.

Depuis quatre mois, tous ces faits sont pour moi hors de doute, et pour en faire part à l'Académie des sciences j'attendais paisiblement l'expiration des vacances et le retour d'une époque plus favorable à la présentation d'un assez long travail. Mais ayant appris qu'un savant des plus honorables allait s'engager dans la voie que j'avais suivie, j'ai cru devoir, monsieur, sans larder d'un seul jour, préciser devant vous et devant le public les faits acquis par mes efforts à cette partie de la science.

Veuillez agréer, etc.

(1" octobre 1852.)

Nous avons publié dans le numéro du 22 septembre une lettre au rédacteur contenant Texposé sommaire de quelques expériences nouvelles sur le mouvement de rotation de la terre. L'obligation oCi nous étions aloi*s de dire beaucoup de choses en peu de mots a dû nous rendre presque inintelligible aux personnes qui n'ont pas fait de la mécanique Tobjet de leurs préoccupations habituelles. Il ne s'agissait pas alors d'entreprendre une démonstration, il fallait tout simplement consigner des faits et écarter jusqu'à l'imminence d'une discussion de priorité. Dieu soit loué, le but a été rempli ! La présentation du travail complet a eu lieu sans encombre devant l'Académie; les expériences ont été reproduites devant les spectateurs compétents, et nous pouvons en toute sécurité raconter les opérations nouvelles qui, de concert avec le pendule, confirment la théorie déjà si solide de la rotation du globe.

Personne assurément ne conteste aujourd'hui la déviation apparente offerte par le pendule, et il en est bien peu qui refusent de considérer cette déviation comme un signe irrécusable du mouvement de la terre; mais quand il s'agit d'interpréter l'expérience, des difficultés se présentent encore à l'esprit de beaucoup de gens pour qui la fixité du

plan d'oscillation est restée un mystf-re. Puisque le point il'atlache voyage avec la surface de In terre, puisque la verticale du Uru tjiï Ion op^re s'incline à lout iiiomenl dans l'espace, comment le plan d'oscillation peut-il i-csler fixe ou seulement conserver sa direction initiale? VoilA la pierre dnclioppement de tous ceux qui, sans tenir compte de la décomposition des uiouvemeuls de rotation, enirent de confiance dans le domaine de la mécanique el pensent s'y diriger avec les lumières du simple bon sens. L'erreur ou l'insuffisance de vue tiimt â ce qu'on prend dans un sens absolu cette flïité de plan qui est seulemeiil relative h la verticale du lieu. C'est faute d'avoir compris dans son acception vtîritable la flïilé du plan d'oscillation que beaucoup de personnes se sont fait de la déviation du pendule une idée inexacte et ont méconnu sa valeur el son uniformité.

Mais si dans l'expérimeutation on remplace le plan de vibration du pendule par le plan de rotation d'un corps librement suspendu par son centre de gravité, on fait disparaître l'embarras de cetle lixilé relative, et l'on n'a plus à considérer qu'un plan physi qucmenl déOni et qui jouit réellement d'une fixité de direction absolue. Si, au uiomi^nt Di'i on le meten rotation, ce corps vise par son aie sur une étoile du ciel pendant tout U' temps que durera le mouvement, cet axe restera dirigé vers le même point du lirmanient, et cela en vertu de l'inertie de la matière ou par celte bonne raison qu'il esl incapable de se déplacer, de se désorienter tout seul. Si donc on fait cboix d'une bonne étoile ou si l'on vise sur un des points du ciel qui ont l'air de se mouvoir le plus vite, l'axe de rotation examiné avec attention participera au même déplacement apparent et donnera du mouvement de la terre uu signe manifeste. Il ne faudrait pas, par exemple, pointer dans la direction qui mëue à l'étoile polaire, car cetle éloile n'ayant pas de mouvement apparent, l'instrument se comporterait de même. Il faut, au conti'aire, viser tlans la direction perpendiculaire, afin d'obtenir l'effet le plus mai-qué.

l'eu nous importe donc d'habiter les pOles ou l'équalcur pour vérifier la rotatiou de la terre ,'i l'aide du plan de rotation. La seule indication à suivre exaclemenl est de soustraire le corps qui tourne à la pesanteur, de le supporter par son centre de gravité sans agir autrement sur lui, sans lui imposer aucun lien qui le rattache à la terre; il faut ea faire plus qu'une planète, il faut eu faire un petit astre isolé, perdu en quelque sorte dans les espaces et dégagé de toule action perturbatrice.

Mais où trouver, s'il vous plall, un constructeur disposé à accepter une pareille commande? C'était i\ désespérer du succès si nous n'eussions connu dès longtemps H. Froment, dont la main sûre el iégire a déjà réalisé tant de merveilles. « Veuillez monter sur un axe d'acier une couronne de bronze, avons-nous dit à cet artiste incomparable ; faites qu'il puisse tourner vivement i'i l'intérieur d'un cercle reposant par des couteaux sur un seconil cercle extérieur, qui lui-mCme sera suspendu à un ûl sans torsion ; armez lout le système de coiilie-j)(Mds i\ ^U [tour obtenir un équilibre parfait, el si véritablement la terre tourne, on le (cna bien au microscope. » Après huit mois de

surveillance assidue, nous sommes entré en possession d'un appareil si parfait, que, malgré leurs masses, les pièces qui le composent se meuvent au moindre souffle les unes sur les autres.

Cependant cette extrême mobilité que l'on constate avec admiration disparaît aussitôt que la couronne de bronze se met à tourner; car alors, en vertu de la fixité du plan de rotation, le système tout entier se consolide dans Tespace avec une énergie véritablement surprenante. Dans cet état, le corps tournant cesse de participer au mouvement diurne qui anime notre globe, et, en effet, bien que son axe, en raison de sa brièveté, semble conserver sa direction première relativement aux objets terrestres, il suffit d'en approcher le microscope pour constater un mouvement apparent, uniforme et continu qui lui fait suivre exactement le mouvement de la sphère céleste. Ainsi l'on obtient avec une déviation de nouvelle espèce un nouveau signe de la rotation de la terre, et on robtient avec un instrument réduit à de petites dimensions, aisément transporlable et qui donne l'image du mouvement continu de la terre elle-même. Vous n'avez plus seulement sous les yeux, comme avec le pendule, le déplacement progressif d'un plan idéal plus ou moins bien défini par la trajectoire d'une masse oscillante; vous possédez des pièces matérielles réellement soustraites à l'entraînement du mouvement diurne et qui ne retombent sous la commune loi qu'après TamoHissement de la vitesse du mobile.

Il nous reste maintenant à décrire des phénomènes d'un autre ordre qui sont plus promptement visibles qu'aucun de ceux déjà connus. Ces phénomènes manifestent dans les corps tournant à la surface de la terre une force d'orientation qu'on n'avait pas aperçue et qui pourtant ressort en toute évidence de l'admirable théorie de la composition des couples telle que l'a créée M. Poinsot. Le système d'expérimentation à suivre dans cette seconde série d'expériences consiste à supprimer le jeu d'une des articulations qui laissent à la couronne ou mieux au (orede bronze son entière liberté autour du centre de gravité.

On doit comprendre au peu que nous avons dit de la construction de l'appareil que ce tore est soutenu par une sorte de suspension de Cardan analogue à celle qui supporte les montres marines et les compas des navires, avec cette seule différence que les deu\ cercles concentriques, au lieu de se trouver dans le même plan, sont dans leur position moyenne perpendiculaires l'un sur l'autre. L'un d'eux joue autour du diamètre horizontal représenté par les deux tranchants de deux couteaux alignés avec précision, et l'autre est mobile autour d'un diamètre vertical représenté par une suspension à fil sans torsion.

Supprimons le jeu des couteaux, et l'axe du corps tournant est assujetti dans le plan horizontal, où il peut s'orienter à la manière de la boussole ordinaire, dite de déclinaison, ou bien enrayons la suspension à fil, et les couteaux, redevenus libres, permettent au même axe de s'incliner seulement dans un plan vertical arbitrairement choisi. Or,

quaud 011 opèriî successivement dans ces deiix conditions, ïuicl les faits qui se pi-oduiseiit de la maniOre la |tlus nette et la plus décisive : supporté parla suspeiisiou vei-licale. le mobile, lournanl avec vitesse, se moulre aiissilôl, sollicilé i)ar une force directrice qui lend & ramener son axe dnns le plan du intiridien, c'est-ô-diro dans ce plan qui contient If^toile polnirc; et le soleil à midi, ou, ce qui intéresse plus directement le phdnoin^înc, dans le plan qui coulienl l'axe du monde ; e[ quand il a atteint sa position d'équilibre, le corps tourne dans le nnîine sens (juc lu lerre. c'csl-à-<iire d'occîdcot en orient.

On penl donc pur ce moyen retrouver à peu près son nuTidieii sans jeter un rcgani sur le ciel. On peut /aire plus encoi-e. car, ce mmdicu élaol connu, ou réussît par uuc eipérience îinalogue â reconnaître l'incliuuisou de l'axe du monde. Pour cela, on enraye la suspension à fll. on remet les couteaux en fonctiou en disposant leurs tranclianls perpendiculiii renient au méridien, on lance enûu le mobile et on observe. Bientùt l'axe s'incline dans un sens ou dans l'autre, et quand il a pris une position déflnie, on trouve que son axe vise, en effet, aux pâles du monde et que sa rotation est conrorino pour le sens à celle de la terre.

Ce ne sont plus là des faits microscopiques; ce sont des «évolutions tout aussi manifestes que celles d'une aiguille faiblement aimantée. Nous devons écarter jusqu'à la supposition d'une méprise ou d'une illusion (àclieuse, car. encore uue fois, c'est le laibonnemeut qui nous a conduit et uous a dicté les uliservaliuus à faire et les dispositions à adopter.

Au reste, l'appareil comporte en lui-même plusieurs sortes de vérifications; l'une des plus simples et des plus convaincantes consiste à accélérer artificiellement et aussi peu qu'on voudra la composante cfûciice du mouvement que la terre communique à l'iDStrument par son piod; nussilût les pbénomlïnes d'orientation sont surexcités sans cbanger de nature.

Nous devrions peut-être faire actuellement un petit bout de tlicode el donner, comme on dit, la raison du fait; mais de peur de nous laisser entraîner, nous nous bornerons à exprimer un principe très-général et très-propre à guider l'esprit dans la prévision (les phénomènes complexes qui dépendent des mouvement de rolalion.

(Juaud un corps tourne autour d'un axe principal et quaucuue force étrangère ne vient agir sur lui, il y a, comme nous l'avons dit au commeucemcut, fixité absolue du plan de rotation. Mais quand une force ou un système de force tend à produire une nouvelle rotation non parallèle à la première, l'elTet résultant est un déplaceineut progressif de l'axe de rotation primitive qui se diriye vers l'axe de relation nouvelle par le cbemin qui tend à les rendre toutes deux parallèles.

Armé de ce principe, qui uest peut-èli-e pas très-con l'orme aux règles de l'étiquette matliéaiatique, vous arrivez â vous rendre comiite des phénomènes grands et petits qui

relèvent de la rotation des corps. Vous expliquez aussi bien la précession des équinoxes el les pirouettes d'un toton sur le marbre d'une commode. Vous vous rendez compte des réactions singulières que l'on éprouve en agitant à la main un corps qui tourne avec vitesse; vous arrivez à prévoir dans la marche d'un convoi de chemin de fer sur une ligne courbe une cause de déraillement qui s'ajoute à la force centrifuge et qui tend à faire chavirer en dehors toutes les roues animées d'un mouvement de rotation si rapide; vous annoncez, contrairement à l'opinion admise, que la toupie dont on a voulu faire, par Taddition d'un miroir, un horizon artificiel, ne tend pas exactement vers la position verticale, qu'elle penche au midi ou au nord, suivant qu'elle tourne à droite ou à gauche, et que, dans tous les cas, sur un plan parfaitement horizontal, elle s'avance lentement vers l'orient, elc; de sorte que, pour démontrer expérimentalement le mouvement de la terre parmi tant de phénomènes, on n'aura bientôt plus que l'embarras du choix.

En attendant, il faut s'en tenir au positif; on peut considérer comme définitivement acquis à l'étude expérimentale du mouvement diurne la déviation apparente du plan de rotation et les phénomènes d'orientation qui décèlent la direction de l'axe du monde. Comme tous ces faits dépendent de la rotation de la terre et en sont des manifestations variées, nous proposons de nommer gyroscope l'instrument unique qui a servi à les constater.