CHAPITRE L

1. Les moyens par lesquels on peut transformer la matière se réduisent à un petit nombre de types.

On peut agir par voie physique; j'entends par là qu'on ne fait alors intervenir aucune substance dont la nature particulière joue un rôle essentiel dans la transformation provoquée; par exemple, sans rien changer à l'effet qu'il produit, on peut faire varier de bien des façons la substance qui forme un piston. A cette catégorie d'actions appartiennent celles qu'on produit en comprimant ou distendant la matière étudiée, en y faisant passer un courant électrique, en la plaçant dans un champ électrique ou dans un champ magnétique, en l'échauffant ou en la refroidissant, enfin en l'éclairant ou en la soumettant aux diff*érentes sortes de radiations connues.

On peut également agir par voie chimique, c'est-à-dire en provoquant une transformation de la matière étudiée par simple contact avec certaines substances, dont la nature, cette fois tout à fait P. — I. I

a TRAITE BE CHIMIE PllTSIOlE, ^- LES PamCIPES.

essentielle, sera déterminée en même temps que l'effet qu'on veut obtenir. En ce seos, les dissolu lions ou les combustions sont de exemples de Lrausformations d'ori|;inç chimique*

Nous étudierons successivement ces différents moyens d'action*

2. On peut, avons-nous dit, agir sur la matière en la comprimant ou en la disteudanu

Ainsi apparaît, par un de ses aspects, rimporlante notion dej force* Je vais tenter, dans ce Chapîtrej d'analyser cette nolioOyl je montrerai ainsi comment, à ce mol unique de force* correspondent en réîililé plusieurs idées distinctes, successivement impo-j sées par l'expérience, et qui possèdent en commun des caractères] assez essentiels pour qu'il soit en effet utile de les exprimer par un terme unique*

Pour cekj je ferai d'abord appel à des données expériraentalet| extrêmement familières, et qui joueront pour nous un peu le rôle que jotient pour un géomètre les modèles y;rossiçrs, mnis tan- ^ gibles, à partir desquels il s'élève aux concepts de surfaces, de lignes ou de points.

3« Il est bien certain que la sensation d'effort musculaire est à] la base de la notion de force. On peut tendre un arc au prix d'ur certain effort^ et cette déformation disparaît en même lenjp^ q"** ' Teffort qui la maintenait. De façon plus généralej toute déformation éveillera en nous une image plus ou moins vague de l>llbrt qui serait nécessaire pour la [iroduire, Miiis la sensation dVffort nt:| se prête absolument pas aux mesures : pour déformer de la même 1 façon un même arc, un homme pourra, selon les circonstances, exercer des efforts qui lui paraîtront différents; il n'acceptera pourtant pas de dire que la tension de Tare n'est pas la même en ces] différentes circonstances. On sera ainsi conduit à étudier la déformation en elte-méme, sans s* inquiéter des mojens par lesquels i elle a été produite,

-t. Déformation d'un fil élastique. — C'est ce que nous aillons faire en un cas très simple, en considérant les défonnatioûs que]

GflAP* I. — LA KÔTION DE FORCE.

sul>ïl un fil, lorsqu'on augmenle sa longueur en le tendant j mais, bicu eniemlu, sans Técliauirerj ni le refroidir, bref SîUis faire agir sur lui aucun autre des moyens d^aclion qu^on a tout à l'heure éîiumérés,

Elendanl un peu le sens ordinaire de ce mol, j'entendrai par Jii tout système matériel linéaire qui, ayant une certaine longueur quand il est abandonne à lui-même sur un [ïlan horizontal poli, devient reclî ligne, s'il ne reluit pas, aussitôt qu'on Ta 11 on ge en le fixant ù deuit points du plan dont la distance est supérieure à la longueur primitive du système. Le fil sera dit élastique s'il reprend exactement la même longueur chaque fois qu'on le replace sur un plan horizontal polij sans y attacher aucun de ses points, du moins tant que rallongemenl n'a pas dépassé une certaine liniite« Un fil ordinaire vérifie assez mal cette dernière condition; un long ressort à boudin en acier, et mieu^t un fil de quartz, donnent de bons exemples de fils élastiques.

S. Là teti&îoa d'un AL — Sa mesure. — Il est aisé de faire con* ce voir conimenl on peut com[ïarï*r entre elles el représenter par des nombres les tensions de di fièrent s fils. Plusieurs procédés équivalents sont possibles; donnons un de ces procédés*

En somme, il s'agira tV équilibrer les tensions à comparer au moyen de tensions successivement prises par un même fil élastique* De façon un peu plus précise, ce fil de comparaison et le fil

fiïétastuftm Ttflsion ^— OD

étudié devront se trouver tendus bout à bout^ comme l'indique la figure 1, entre deux points d'un même corf>s rigide. On voit égale ment sur cette figure comment on pourra faire varier la longuets r totale des deux fils.

Ceci posé, on dim que deux fils ont môme tension si, transportés successiveraent dans ru[*piireil jirécédenten gardant chacun leur état, ils déterminent le même allongement du fil de compa-

4 TRAITK DE CItiailK PHYSIQUE. — LE9 Flirr^CIPES*

raison. On constatera rrailleurs qii\vne portion quelconque d*un til tenihi horizontalement, transportée en conservant son état dans I apfïùreii précédent, j détermine un même allongement : en fl (l'aulres termes, tous les éléments d'un tel fil ont la même tension* On dira que la tension d*un fil est double de celle d'un autre fil si le premier détermine même allongement du fil de compa-j raison que deux fils ayant même tension que le second et ag'issaût simultanément (^^. 2) sur ce fil de comparaison. Plus génénilementj les tensions t et t^ de deux fils seront dites dans le rapport ^

si q fils identiques au premier^ ou /; fils identiques au second; déterminent même allongement du fil de comparaisoUj et l'on écrira

La tension mesurée par le nombre 1 sera d'ailleurs choisie arbitrairement. Nous verrons par la suite (n" 33) à quel choix on s'est arrêté.

La mesure des tensions est donc logiquement possible. Il va de soi qu^an lieu du fil de comparaison on pourrait employer tout système déformable et parfaitement élastique* Un tel système est appelé dynamomètre,

6. La pression d'un fluide. — Sa mesnre. — Une fois définie rît mesurée la tension le long d'un fil, on peut définir eL meliUrer la pression à l'intérieur d'un fluide.

Une manière simple pour acquérir pratiquement cette notion nouvelle consiste dans remploi de ces baromètres anéroïdes à surface plissée qui servent précisément à mesurer la pression atmosphêrifjue. Un quelconque de ces instruments, qui, dans le vide, a une fûi*me bien déterminée, s^écrasc plus ou moins quand on le place en tel ou tel point de l'atmosphère ; on observe d'ailleurs qu'en un même point on peut orienter rinstrumenl comme on veut

smni changer sa déforma tion* Celte déforinaiîonj repérée n^im porte c omment, perinettrail de graduer les pressions, comme rallongement d'un fil permet de graduer les tensions.

Nous définirons la pressioo d'une manière au fond analognej mais ua peu plus rigoureuse, en procédant conformément aux indications abrégées qui suivent. Les propriétés qui caractérisent Tétat il ni de seront invoquées au fur et à mesure des besoins.

Imaginons une boUe creuse et rigide [fig^ 3) ajant une paroi plane» Cette paroi est percée d'un petit orifice que peut fermer une soupape faite d'une plaque rigide, en venant s'appliquer sur

Viéû

le pourtour de cet orifice. Le vide est supposé fait dans la boite. Si alors on la plonge en un point donné d'un certain fluide en équilibre* on constate qu'on peut maintenir la soupape fermée par le mojen d'un seul fil tendu perpendiculairement à la plaque. Mais, aussi Int que la tension de ce fil. au voisinage de la soupape, devient inférieure à une certaine valeur -, la plaque s'enfonce vers rinlérieur de la boite, sans rotation, ni glissement. De plus Ve\périence prouve que, si Ton change Torientation de la boite, cette tension minimum t garde sensiblement la même valeur, pourvu que la plaque reste au voisinage d'uu point M donné dans le fluide (*). On constate enfin que cette tension t est indépendante

(^) On néglige dans cette dJscussi^^n le poids de U soupape. Si cette approximation n'était pas permise, on pourrait, pour chaque orientation et avant que la Incite fût entourée de tluide* équilibrer La soupape au moyen de fiîs Juîste asse/. tendus pour qu'elle arrive au contact des borda de rorilke sans s*y appuyer aucuoemeot. Pour la Tniiîntenîr en cet état quand on introduirait le (luideJl suffi* nie de faire intervenir ua autre fil leudu perpendiculairement à sou plan: cVsl à ce liJ qu6 s'applique avec rigueur le raisonnement du te^te.

^ TRAITE DE €[illllE PHYSIQUE. — LE3 PRINCIPES,

de la nature de la substance qui forme la plaque, résultat nullement évident a priori.

Soit 5^ la surface de l'orifice. Par défini lion , la pression au poinl M du thiide csL mesurée par le quotient -* ou, plus exactemenlj par la 1 un lie/? de ce quotient quand s tend vers ïéro*

Par des considéra lions symétriques, on éluciderait le cas, réalisable^ d\in lluide distendu, à pression négative.

7. Une première aîg^niâcation du mot « foroe »* — Considérons un corps en équilibre sur un plan niauViel, ilxé au sol^ horizontal cL poli. Fixons-le à ce plan, par exemple au moyen d'une presse à vis, puis tendons un fil entre ce corps et un point quelconque du plan ; nous savons que si l'on desserre la presse j le corps se déplacera dans la direction du fiL C'est cela qu'on exprime en disant que ce corps est soumis à une force due à la tension du 61,

D\ine façon plus générale et par définition, chaque /ois qu'un fit tendu sera fixé à un point matériel A, immobile ou non par rapport au sol^ nous dirons qu une force agit sur ce point, que cette force est mesurée par le même nombre que la tension du fil j qu'elle a la direction du fil , et qu'elle a le sens qui va du point A aux autres points de ce fiL

Ainsi compris, le mol force n^implique aucune obscurité. Nous élargirons graduellement cette signification, en cherchant à ne pas sauter d'intermédiaires, afin de toujours éviter que la force puisse apparaître comme une sorte d'entité mystérieuse.

J'insiste sur ceci que le point A peut être ou n'être pas en équilibre par rapport au sol : Tétat du fil au voisinage de A définit complètement la force^ et il est inutile de rien savoir sur le reste du fil.

Il résulte immédiatement de la définition qui précède que si un fil en équilibre (') est tendu horizontalement entre deux points matériels A et B, les forces qui agissent sur A et B sont égales et opposées, car nous avons vu que la tension est uniforme le loDg d^un tel fil {égalité de l'action et de la réaction, dans ce cas spécial)* Ici encore, peu importe que A et B soient en repos ou