FORCE ANIMALE

élevei ' un poids de 55o livres à l o pieds dé haut en une^ minute, et continuer ce travail pendant 6 heures ; Smeaton considérait cette estimation comme trop grande^, et pensait q. e six bons ouvriers anglais étaient nécessaires pour élfeyer , pendant un travail de ‘4 heuies, 21,141 pieds cubes anglais^(*) ^ mer. à la hauteur de 4 pieds anglais et que, .dans ce 'cas?, ils elèveraient chacun un peu plus de 6 pieds cube# anglais d’eàu douce à une hauteur de 10 pieds anglais en • une minute. Smea-

ton . considère les ouvriers capables de faire cette quantité de travail comme / Valant chacun dei.x hommes ordinaires* Ce serait peut-être 'une estimation

Le pied cube anglais ëquivaufà 0.8261 pied cube français, ou 28 dëcinoètres 3i57-^ cubés. Les 2U41 pieds cubes équivalent a 17470 pieds 1086 pouces, 567 lignes cubes Irancais, ou 698 mètres 877 dc'cimètres^ 689 centimètres 5oo millimètres cubes." , ^

(.^^) 4 pieds anglais valent 3, pieds 9 poucei

o ligne <Vioo , ou I ™ iig. j /

10 pieds anglais valent 9 pieds 4 pouce

6 lignes . *

r 38 AGEWS MÉCANIQUES :

plus 'exacte de la force de riiôinme (|.tK;‘' dè la considérer 'Comme pouvant porter un poids de 120 litres d’eau à la hauteur • de 1 6 pieds en une minute.

Les efforts des hommes diffè^’ent sui- • vaut la majiière dont^ils sont employés.

Buchanan a trouvé que la même quântité de travail humain , employée à »

pomper de l’eau , à 'tourner une manivelle, à sonner \ine cloche et à ramer ^ s'ï'r un bateau, produit des effets utiles représentés respectivement par les nom- .

bres 100 , 167, 227 ci 248.

La . manière la .plus avantageuse d’employer la force humaine , ou pour mieux dire Celle d’où résulte le ,plus grand r eflet utile, est donc le travail ^de la rame.

Le plus utile des quadrupèdes, comme agent mécanique, est le cbevaL Les valeurs relatives du travail d’un cheval et d’un homme, ont été diversement estimées; quelques auteurs préten eut que ces forces sont entre elles dans le rapport de 5 à ij d’autres , dàns'le'rap— * port de 6 à I ; enfin , d’autres pensent' qüe.ce rapport -^st de 7 à i. Peut-être la moyenne de ces estimations compara-

I ■ ' ::i by G

, CH A LKL R. . a i .J 3^

lives-serail-elle lapl/fs exacte, etpotii— rait— on considérer un .^cheval comme' équivalant à 6 hommes. * • . .

La manière la plus avantageuse d’employer la force des chevauxæst le tirage', la plus mauvaise est celle dans laquelle ^le cheval un fardeau en montant;' tandis qu’au contraire la disposition narticulière des membres de 1 nomme le rend très-apte à cette espèce de travail. On a remarque quetrois hommes, charges chacun de ind livres, monte— jont plus rapidement (me colline qu^un cheval chargé de 3oo livres.

VA/VkWV»<VW\VW»WVXVVV»V*/V»VV\'\Wl*WV\%VVlWVV% WW

- CHAPITRE YIU.

-DES AGENS MÉCANIQUES DÉPENDANS DE La’ chaleur.

^ (58) Afin d’expliquer les différens

moy^s par lesquels la chaleur peut •servir à la'prodüctiond’ag;en s- mécaniques., il est, nécessaire de donner 'd’ar bord ç^uelques courtes èiq)liçations sur ses propriétés , notamment sur celles c^il

' — ^ l4o AGEWS MÉCANIQüfeS:,

peuvent avoir que^ue influence sur cette propriété , de la inatièrè qu’on nomrrie cohésion. • ,*>•>?

Ceux de nçs lecteurs qui désireraient dés détails plus étendus sur ce sujet, pouiTont recourir au Traité du Caj!o^' rique qui fait partie de cettè CollectioA#

On suppose qu’il existe, entre les molécules de la matière , quelles que soient .

leur forme et leur situation',* une certaine attraction mutuelle au, moyen de laquelle ces molécules tendent, si elles n’epropvent pas 'de résistance contraire , '^à se rapprocher les' unes des autres, pour se réunir et se former ën une masse solide,* concrète. •

. On suppose aussi que la chaleur ou le calorique est un fluide subtil, éminemment élastique , qui pénètre , en plus ou -moins grande quantité, dans tous Tes corps , et' tènd, d’après son énergique élakicité, à en écarter* les ^lolécules les unes des autres. > ,

' . Quelle que soit- la nature de la ch^ leur, qu’elle soit matérielle où uon, c’est .un fait incontestable qu’elle est une cause qui produit un effet exactement . contraire.^ celui de la cohésion ^et que, suivant qu’elle pénètre en plus ou mo ns

Digitizcd by CjOOgk

, • . • CHXLEUR. • ' l4l

grande quantité dans un' corps elle donne aux molécules de ce corps uué tendance à'se TCpous er les ^uries les, autres ; éette tendance, dans certains cas, devient .‘supérieure à la force de cohésion , et détache alors les molécules les unes des autres. ‘ .

^ Lorsque nous voyons im corps quelconque à Létat solide , nous èn concluons que la force cohésive avec laquelle ses parties s’attitent l’une l’autre, est de beaucoup supérieure à l’énergie répulsive du calorique qui pénètre actuellement ce cbrj3S, et que, par consé— quentjlà force avec laquelle les moléculejs adhèrent les unes aux autres , est égale à la différence entre les deux forces attractive et répulsive.

Si, au moyen de l’application extérieure du -feu, nous faisons pénétrer dans ce corps une quantité additionnelle de calorique ,' nous devons naturellement en.conclure’que l’effet répulsif du>calo- .riqué étant augmenté , les molécules qui composent le corps seront plus séparées, s’écarteront les unes des autres à de phis grandes distances , et augmenteront ainsi les dimensions du corps, ^

1 ^ 2 - AGÈNS MÉ,CAW1QUES :

(j^est ce dont on se convaincra facilement par l’expérience’ suivante.,

- Soit V-VI, un barreau

cylindrique de métal adapté à un manche û,ct dont. la longueur est ejfacte— ment mesurée par l’entaille pratiquée dans un autre morceau de métal b, dans lequel est aussi percé un trou, circulaire qui mesure exactement les dimensions cylindriques du barreau.

Si l’on échauffe ce barreau, sa longueur et sdd' diamètre augmenteront à un point tel, qu’il ne pourra plus entrer dans l’entaille, suivant le sens dj salon- ■’ gueur , ou dans le ti'ou circulaire, dans le sens de son diamètre.

‘ En général, lorsqu’oii communique de la chaleur aux corps solides, leur vo- • lu me augmente en vertu des causes que ,noüs vcnoùs de signaler.* Mais cet effet est beaucoup plus sensible dans les métaux que dans les autres corps solides.

La chaleur ne produit pas uniquement ces effets 'sur les corps solides ; cai' on les observe également sur les liquides, et encore plus sur les fluides àériiormes*

Le .thermomètre est un instrument dans lequel la dilatation d’un fluide par

. CBALEUÏl. 143

îa chaleur est employée comme riiidication ou Ih mesure du degré de chaleur auqu^ rinstrumeut est d5cposé ( voyez Ie‘ jCraité*d^iCalor£quej Chdi^itve IV)*, et le fluide dont ou sG) sert peut être pu uii liquide où' un gaz , bien qu’on em- ' ploie plus fréquemment le premier;

(^) ‘hes corps à l’état- solide, liquide .

ou'gazeux, j)roduisent un certain degré de/orce mécanique par l’augmentation de leuf ■ volume , au moyen deda'cha-'leur,, et tout obstacle qui s’opposerait îi . cette augmentation de volume supporte- ' rait une pression proportiounellei'i / ’

Cette force est fréquemmentGniployée comme 'agent mécanique, , et ce qhi‘la lend surtout d’un avantage inappréciable , c’est qu’on peut lui donner le plus baqt degré, d’intensité, sans avoir besoin de recourir, .pour là produire, à aiicune autre force mécanique.^ Soüs ce rapport .

surtout, elle est bien supérieure à iVc- ' tion inécaniquetde l’air p'roduUe par la raréfaction et la compression de ce fluide .(53, ^ ét56 J

'vUn exemple remarquable de la force avec laqueUe les ycorps solidès aûgmen- tent leurs dimensions parda chaleur ,

r44 AGENS MÉCANIQUES :

eut lieu, il y a quelques années, au Cou- • s^rvatoire des Arts et Métiei*s yk Paris.

Le .poids dHine toiture avait forcé les murs d’une galerie à se projeter en dehors/ et les faisait pencher de manière à faire craindi:e qu’ils ne vinssent à s’écrouler. Voici de quelle manière M. Mollard parvint à leur rendre une position verticale.

On perça' des trous vis-à-vis lès uns des autres, dans les deux murailles, et l’on y fit passer* de longues barres de fer qui traversaient toute la largeur dé la galerie, et 'qui dépassaient en dehors du bâtiment. Aux deux extrémités de ces barres de fer, on adapta de forts écrous qu’on vissa jusque contre les murailles.- Ensuite, chaque barre alterne fut forteinent échauffée, de manière que sa longueur s’accruC par la dilatation ^ et que. les écrous fie touchaient’ plus les .murailles ; on revissa de nouveau les iécrous jusqu’au même point, et on laissa refroidir les barres. Le refroidissement les réduisit à leur longueur primitive, et les' écrous entraînèrent la muraille de dehors en- dedans avec une force irrésistible La même opération fut répétée

chaleur. 1^5

sur les barres, intermédiaires, et continuée jusqu’^ ce que les murailles eussent repris la position verticale.

On emploie la même force mécanique pour ferrer les roues de voiture et cercler les tonneaux. La bande circulaire ou le cercle de fer est mis en place fortement échauffé , et n’ayant alors que les dimensions de la roue ou du tonneau., Son refroidissement lui fait contracter et retenir avec une force énorme les diverses parties de la roue ou du tonneau. . ~ .

Il est évident néanmoins que les forces produites par la dilatation et la contraction des corps solides ,, au moyeu de leur échauffement et de leur rçfrcklissement , agissent dans , des espaces tellement limités , qu’elles ne peuvent être employées comme agens mécaniques que dans des cas très-rares et dans des circonstances parpculières.

(6o) La chaleur produit dès agens • mécaniques d’une puissance beaucoup plus grande, tant par Finlluence qu’elle exerce sur la forme des corps , que par la

Ï iropriété qu’elle possède d’auga»enter eurs dimensions.

Nous avons vu que , dans un corps.

Mic.-uiiq . 3

l46 AGENè MÉCANIQUES :

solide , la force cohésive de ces molécules est supérieure à l’influence répulsive du calorique qui pénètre ce corps.

' Dans la supposition que la force de cohésion né serait pas augmentée , quel serait l’effet produit si nous faisions pénétrer dans un corps quelconque, au moyen de l’application du feu, une telle quantité de calorique , que la force répulsive de celui-ci devînt égale , ou à peu près égale à la force de cohésion des molécules’ du corps?’

Evidemment, nous pouvons facile— 'ment prévoir que les molécules du corps n’ayant que peu o'u point de tendance à se réunir , elles se mouvront librement lès unes parmi les autres , et, se répandront e;n tous sens parleur propre poids, à moins qu’elles n’en soient empêchées par les bords du vase qui les contient ; en un mot, nous pourrons prévoir que, par l’application d’une telle quantité de chaleur , le corps solide sera, devenu //et que par conséquent lès corps 'solides se liquéfient par leur exposition, .pendant un tems suffisant,, à l’action du feu.

il paraîtrait donc que la fonne solide ' et la lôrme liquide qu’affectent certains

ClïALEUn.

corps, dans leur état ordinaire, est le résultitt du rapport qui existe entre la force de cohésion particulière à leurs molécules, et la force répulsive du calorique dont ces corps sont pénétrés; la pronière de ces forces étant de beaucoup supérieure a 1 autre dans les corps 'solides, et toutes étant preSque en équilibre dans les.] i qui des.

L expérience nous démontrera aussi , comme une conséquence du même principe, que, si or#enIève à un liquide une (£uantite suHisante de chaleur, il devient solide, parce que la force cohésive de ses molécules acquiert une supériorité sulfisantc sur la force répulsive de la d^aleur par la diminution de cette dernière. ' ■ ‘

(6V) La liquéfaction n’est pas néanmoins le seul ni Je .plus important chan^ gement qui . puisse résulter du rapport subsistant entre ces deux forces.

Dans un liquide , comme nous l’avons déjà expliqué , la force répulsive du calorique fait presque équilibre à la force cohésive des molécules. Maintenant, si nous augmentons encore de beaucoup la quautité de calorique dont le liquidé est pénétre, son effet répulsif deviendra su-

l48 A.GENS MÉCANIQUES :

périeur à la force cohésive des molécules , qui , au lieu d’être entre elles dans une espèce ^ in différence relativement à leur attraction mutuelle , ,se repousseront les unes les autres avec une grande énergie; et le liquide prendraune forme telle, qu’il faudra le tenir exactement renfermé, si on veut empêcher qu’il ne se dissipe entièrement par la dispersion de ses molécules que produit l’effet répulsif du calorique.

En conséquence, si un Tiquide est soumis , pendant un teins considérable, à l’action du feu , il se convertira graduellement en vapeur, fluide entièrement dillérent des liquides sous le rapport mécanique. •

Si un liquide est renfermé dans Ai rase quelconque, il n’exercera d’autre force sur les surfaces qui le contiennent qu’une pression produite par son propre poids. Mais, lorsque le même liquide est converti eh vapeur, et renfermé dans un vase hermétiquement fermé, il presse les surfaces intérieures du. 'frase , au moyen de sa force élastique qui est entièrement indépendante de son poids . et qui résulte de l’eflbrt que font les molécules pour se repousser les unes les

. i‘ ■ CHALEUR. l4g

autres; cette force pourra ntiême être tellement énergique, que le vase qui contient la vapeur se brisera en éclats,quelle que soit la force de ses pavois.

Le degré d’élasticité de la vapeur, ou , la pression qu’elle exerce sur les parois intérieures du vase qui la renferment s’accroît donc, d’après cette tliéorie, confirmée -par l’expérience, dans le même rapport que la chaleur que l’on communique à la vapeur; tandis que , d’un autre côté, la pression exercée sur lés parois du vase, ou la force élastique de la vapeur diminue dans le mêmérapport que la température de cette vapeur ' • est abaissée.

L’évaporation des liquides est néanmoins produite par une force dont les effets ne sont pas sensibles dans la liquéfaction des corps solides. La pression atmosphérique a pour effet de teqir réunies lesjiiolécules des liquides, et concourt par conséquent .avec la force de cohésion , à contrarier ou à diminuer lès effets du -calorique.

Lorsqu’on a communiqué à un côrps ^ quelconque une quantité de calorique suflisante pour faire équilibre avec la y force de cohésion , ce corps , diaprés no-

. Dig!!'’ed by C'iîii ;lr

l5o ÀG8NS MÉCimQUES :

. tre théorie , doit se trouver dàns uo état tel , que la plus petite aqgraentation' de chaleur doit convertir le liquide en vapeur. ^ ►

Dans çé cas néanmoins , la pre^on atmosphérique, s’oppose, à . ce change— ineiit; et c’est cette force, et même cette seule force, qui retient les .nmlécules rassemhlées sous fei forme liquide. La preuve de cette assertion'est que, si l’on supprime, la pression atmosphérique ,.un grand nombre de molécules, cmi sont maintenues à l’état liquide par l’action:

mécanique de cette pression, se coh ver-, liront en vapeurs.

Si l’on met, sous le récipient d’une machine pneumatique , de l’eau échauffée à 8o degrés .centigrades environ, ou bien de l’a^cohol ou de l’éther, ces liquides se mettront à bouillir, et se convertiront en vapeurs si l’on supprime,, ou mêmcsi l’on diminue, par la raréfaction, la. pression que l’air exerce sür leur surface. L’éther lui- même s’évapore», si on l’expose à l’air libre, sans diminuer en rien la pression utnipspbéFique. .

D’uu autre- coté,, il doit résulter de cette théorie que, si la pression est augmentée, elle s’opposera à V^vaporapon

chaleur. j5i

du liquide , et c’est ce qui arrive en eiVet. L’eau, exposée à la pression atmosphérique, lorsque la hauteur du baromètre ^ est de 28 pouces ( O m. 768), bout, et se convertit en vapeur à la température de 100 degrés centigrades; mais, si cette même eau est soumise aune augmenta-tion de pression , elle'ne bouillira et ne s’évaporera que lorsqu’elle aura atteint U ne. température beaucoup plus élevj^e.,

Si l’on enlève une quantité suffisante de calorique à la vapeur qu’aura nu fournir un liquide , eptte vapeur reprendra de iiouveaula forme liquide; et c’est un fait très-rimportant c£ue,dans ce cas son volume ost considérable- * ment réduit.

Un pouce cubp d’eau , convertie en ’ vapeur sous la pression ordinaire de l’atmosphère, produit un pied cube de vapeur. Par conséquent, si l’on enlève une quantité suffisante de calorique à un pied cube de cette vapeur, elle sera convertie de nouveau en eau, et réduite à un pouce cube.

On peut faire servir cette propriété à la production d’un agent mécanique trèsimportant.

Ên effet , si un pied cube de, vapeur

l5a AGENS MÉCAWr^UÈS :

est renfermé dans un vase quelconque, et si l’ou refroidit ce vase de manière à bondenser la vapeur, ou, si l’on veut, à la conveitir en eau , on obtiendra un espace vide de 1 72*^ pouces cubes ; car la vapeur qui, avant la condehsation , occupait umespacqd’un pied cube ou de 1728 pouces, est re'duitc, après sa condensation , à un pouce cube , et laisse par conséquent entièrement vide un espace de 1727 pouces cubes. ,

La condensation de la vapeur, ou son retour à l’état liquide devient ainsi un moyen aussi facifê qu’eflicace de produire le vide; et cette manière d’opérer n^est pas susceptible des mêmes objec- ^ tions que les moyens mécaniques de produire lé même effet, que nous avons signalés au Chapitre VI, puisqu'on obtient ce vide sans le secours d’aucune force mécanique.

C’est sur ce principefou^étaient construites les anciennes macnines à vapeur on pompes à feu. . «

Dans la machine construite par Savary, vers l’an 1700, la pression' atmosphérique était employée à élever l’eau dans un tuyau où l’on produisait le vide par le moyen suivant : on en chassait l’air

CHALEUR. . i53

en y introduisant de la vapeur cliaude ; et lorsque le tube ne contenait plus que de la vapeur, l’air ayant été entièrement expulsé par une soupape s’ouvrant en dehors , la vapeur était condensée par le refroidissement de la surface extérieure du vase qui la renfermait. Par ce moyen, on obtenait un vide, puisque l’air ne pouvait rentrer par la soupape qui, s’ouvrant de dedans en dehors, était tenue fermée par la pression atmosphérique. Cette même pression s’exerçant sur la surface de l’eau , dans le puits ou le réservoir, forçait le liquide à monter * dans le vase ou dans le tuyau.

Peu de teins après, Newcomen employa le meme moyen pour faire le AÛde dans la pompe à feu; mais il appliqua d’une manière dilférente la pression de l’atmosphère.

Il se servit, à cet effet , d’un cylindre dans lequel se mouvait un piston parfaitement ajusté, pour ne laisser entre lui et les pajois du cylindre aucun passage à la vapeur ; il attacha la verge de ce piston à l’une des extrémités d’un grand balancier qui se mouvait sur un axe comme un fléau de balances , et dont l’autre extrémité était attachée aux tiges

l54 AGEWS mécaniques:

(les pistons des pompes à eau. qu’il voulait ainsi mettre en action. Le poids des pistons de ces dernières pompes était suffisant pour soulever le piston de la pompe à leu jusqu’en haut du cylindre, qu il remplissait alors de vapeur pour en chasser l’air. En refroidissant ce cy-« lindre, la vapeur se condensait; il se produisait un vide au-dessous du piston, et, par conséquent, la pression atmosphérique s’exerçant en dessus, l’abaissait jusqu’en bas du cylindre; cet abaissement déterminait l’élévajlion des- pistons • des autres pompes , au moyen du balancier, et l’opération recommençait.

Dans ce cas , la force directe ou élastique de la vapeur n’était pas utilisée; la pression atmosphérique était l’ajjent eflicace, mais ne devait son eflicacité qu’au vide produit par la condensation de la vapeur.

Néanmoins, à une époque plus reçu- ^ lee , l’action mécanique de da vapeur, ' résultant de son élasticité, avait été signalée^ comme une puissance dont la force n’avait presque pas de limites. En i665,Je marquis de Worcestor fit construire une macliine qui , d’après son x assertion , élevait une grande quantité

, chaleür. i55

d’eau à une hauteur considérable , et qui était beaucoup plus puissante que la pression de l’atinosplière, qui ne peut agir que sur des surfaces très-limitées tandis que la force de la vapeur n’a, dit le marquis de AVorcester , d’autres bornes que la force des vasesk[ui la contiennent. * ‘

Dans les tems modernes, on imagina la machine à vapeur perfectionnée, dite à basse pression , et dans laquelle on emploie les deux forces de la vapeur, dont nous avons parlé; un piston est placé* dans un cylindre, et la vapeur agissant sur l’une des surfaces de ‘ce piston , tandis que le vide est produit par la condensation de la vapeur de l’autre côté, met le piston en mouvement.

Dansles machines à haute pression, Xa.

force, élastique de la vapeur est employé e contre un piston , au mouvement duquel s’oppose la pression atmosphérique de l’autre côté. Les avantages que cet appareil possède sur ceux de la madiine à basse pression , sont que l’appareil nécessaire à la condensation dé la vapeur est devenu inutile ,. ce qui rend la -machine moins chère et plus légère. , D’un autre côté , il en résulte un dés-

DrtNj

i56 AGEWS mécaniques :

avantage s.c’^st que toute, la force élastique de la , vapeur , employée à faire équilibre à la pression de ratmospjbère, est perdue, puisqu’il faut, avant tout, sur-

' monter cette pression pour produire du mouvement.

11 est nécessaire , en couséquence, d’employer la vapeur à une température et à uue pression très-élevée ; ce qui, dans ces^ sortes d’appareils, augmente la d^ense du conibustible , et rend l’or péranon plus ^dangereuse. Ayant une fois obtenu j. pajr l’uu des procédés cidessus, le mouvement du piston dans le cylindre, il est très-facile d’appliquer cette force ainsi produite ,. soit par un levier, soit par tout autre moyen , à une opération mécanique quelconque.

Dans ce premier Traité ^uf la Méca-^ nique y nous nous sommes borné à donner au lecteur une idée succincte des plus importantes propriétés du mouvement et de la force, et à lui ofFcir une esquisse rapide desprincipaux agens mécaniques ou moteurs directs.