ACTIONS MOLÉCULAIRES DANS LES SOLIDES
78. Cohésion ou ténacité. — Les actions attractives que les molécules d'un même corps solide exercent les unes sur les autres sont la cause de la cohésion et de l'élasticité.
On appelle cohésion ou ténacAlé la résistance qu'un corps solide oppose à toute cause extérieure qui tend à le diviser en fragments ou simplement à le déformer.
Il y a autant de ténacités différentes qu'il y a de manières diverses de provoquer la rupture d'un corps. Aussi distingue-t-OQ la ténacité absolue, ou résistance à la rupture par traction, la ténacité relative ou résistance à la flexion, la dureté ou résistance à l'écrasement.
La force à développer pour amener la rupture dépend évidemment de l'étendue des surfaces à séparer. Pour avoir une mesure comparative de la ténacité des divers corps, il faut donc déterminer les forces nécessaires pour amener la rupture sous l'unité de section. On appelle en particulier coefficient de ténacité absolue d'un corps la force nécessaire pour rompre par traction une tige de ce corps dont la section serait de 1 mm. carré.
Wertheim, en expérimentant sur les divers tissus de l'organisme, à l'état frais, a trouvé les valeurs moyennes suivantes pour le coefficient de ténacité absolue :
Os 8^ Veines 0M85
Tendons.... P. 250 Artères 0.137
Nerfs 1.351 Muscles 0.045
Ces nombres varient avec l'âge et sont influencés par certains états pathologiques.
La résistance à la rupture par traction du cordon ombilical est importante à considérer dans les cas d'infanticide présumé, lorsque l'accusée prétend avoir accouché dans une position telle que la chute du corps de l'enfant a amené la rupture du cordon. Pour s'assurer, comme l'a fait Monoyer, de la possibilité de ce fait, il faut
tenir compte non seulement du poids du nouveau-né, mais encore de la vitesse acquise par la chute. On doit donc soumettre un cordon à l'action d'un poids égal au poids moyen des nouveau-nés et laisser tomber ce poids d'une hauteur égale à la hauteur de chute possible lors de l'accouchement dans la position indiquée. Monoyer a constaté ainsi que la rupture du cordon peut réellement se produire, surtout lorsque le cordon est variqueux.
Un effort musculaire violent peut provoquer la rupture d'un muscle, d'un tendon ou de l'os sur lequel s'insère le tendon; bien que le coefficient de ténacité du muscle soit le plus faible, le tendon peut se rompre suivant la valeur relative de sa section par rapport à celle du muscle. La rupture de l'os, lorsqu'elle se produit, est d'ailleurs due à la flexion, et ces fractures d'os dites par arrachement ne sont pas très rares.
Le plus souvent, les fractures par flexion sont dues à une autre cause ; quand l'un de nos membres porte à faux, une force extérieure ou le poids de notre corps agit pour fléchir l'os et peut provoquer sa rupture si la ténacité relative est insuffisante. Ces fractures doivent en conséquence être plus fréquentes chez les personnes dont les os offrent une résistance moindre à la flexion. €'est en effet ce que confirment les observations de Charpy.
Il importe de remarquer à ce sujet que le calcul et l'observation «ont d'accord pour démontrer que, dans certaines limites, un cylindre creux offre une résistance à la flexion plus grande que celle qu'il posséderait si la quantité de matière qui le constitue formait un cylindre plein. Le maximum de résistance à la flexion existe lorsque les rayons extérieur et intérieur du cylindre creux, sont dans le rapport de 11 à 5.
Les os longs des animaux, les plumes des oiseaux, les tiges d'un assez grand nombre de plantes, sont précisément des cylindres creux. Dans tous ces cas la nature a donc augmenté la résistance à la flexion sans nuire à la légèreté.
Les fractures par écrasement sont dues à l'insuffisance de dureté des os relativement à la force qui agit.
79. Elasticité. — On appelle élasticité la propriété que possèdent certains corps de revenir à leur forme première lorsque la cause extérieure qui a provoqué leur déformation cesse d'agir.
Il importe de ne pas confondre, d'une part l'élasticité, ou propriété
PESANTEUR
du corps de revenir à sa forme primitive, d'autre part la facilité plus ou moins grande avec laquelle le corps se laisse déformer. L'acier, le verre, le caoutchouc sont tous les trois très élastiques, car ils reprennent exactement, après déformation, leur forme initiale; mais les deux premiers résistent fortement à la déformation, tandis que le troisième, très extensible, ii'exiye qu'un elïort beaucoup moins considérable pour être étiré ou comprimé. Pur contre le plomb, la gutta-percha sont facilement déformables, mais sont très peu élastiques, car ils ne reviennent que très imparfaitement à leur forme première, après qu'on les a déformés.
On appelle force élastique la grandeur de la résistance que le corps oppose à la force extérieure qui tend à le déformer ; la forc& élastique est évidemment égale à la force extérieure à laquelle elle: fait équilibre.
Il y a autant d'espèces différentes d'élasticité qu'il y a de procédés distincts pour déformer un corps; il y a lieu en effet de dis-' tinguer l'élasticité de traction, de torsion, de flexion, de compression, suivant que le corps est étiré, tordu, fléchi ou comprimé. La. force élastique est toutefois, dans chacun de ces cas, due à la même i cause, actions mutuelles des molécules du corps considéré.
Quel que soit le procédé employé pour faire intervenir l'élasti-' cité d'un corps, c'est-à-dire quelle que soit la nature de la déforma-tion que l'on cherche à produire, on prend pour caractériser l'était d'élasticité du corps l'effort nécessaire pour réaliser une déforma-tion déterminée, toujours de même grandeur.
Un corps, même parfaitement élastique dans les conditions ordi-naires, ne revient pas à sa forme première lorsque la déformation i subie est trop considérable; d'après cela on évalue le degré plus oui moins parfait d'élasticité d'un corps par la force nécessaire pour lui . communiquer la plus faible déformation permanente appréciable par* les procédés de mesure dont on dispose. En rapportant cette force à i l'unité de longueur et de section, on a la limite d'élasticité du corps. .
L'élasticité de torsion est utilisée dans un grand nombre d'appa-reilsde physique pour équilibrer et mesurer des forces au moyen i de la force élastique développée par la torsion imprimée à un fil. C'est au contraire sur l'élasticité de flexion qu'est basée la construc- ■ tion du dynamomètre médical décrit plus haut (§ 24), et diverspèse-bébés reposent sur des principes analogues.
ÉLASTICITÉ DE TRACTION. 133 Mais les phénomènes dont il importe le plus au physiologiste de faire leludesont ceux de l'élasticité de traction.
80. Lois de l'élasticité de traction dans les corps inorganiques. — Pour étudier par l'expérience les phénomènes de l'élasticité de traction, le corps est fixé par l'une de ses extrémités, tandis qu'on fait agir à l'autre extrémité des poids variables dont l'action s'exerce suivant la longueur du corps. Les allongements sont mesurés avec des instruments d'une grande précision, ou simplement inscrits par le corps lui-même sur un cylindre enregistreur.
Les lois de l'élasticité de traction des corps inorganiques sont contenues dans la formule :
1, il
dans laquelle 0 est une constante variable avec la nature du corps et / rallongement que la force F imprime au corps de longueur L et de section droite égale à s.
Il résulte de là que, pour un même corps tiré par le même poids, l'allongement est proportionnel à la longueur initiale et en raison inverse de la section, supposée invariable pendant l'allongement.
Si l'on représente graphiquement la formule (1) en prenant pour abscisses les charges successives et pour ordonnées les allongements, on obtiendra une droite OK' (fig. 45), Si l = 11 et 6- = vient :
Cette constante C, appelée coefficient d^élasticité du corps, représente donc la force nécessaire pour doubler la longueur d'une tige du corps dont la section serait égale à l'unité.
Ce n'est là, bien entendu, qu'une définition théorique, sans signification objective, car, si le corps ne se rompt pus bien avant que sa longueur soit doublée,
AU c 2i J. J
Fig. 45. — Proportionnalité des allonjrements aux cliarges dans les corps inorganiques.
i34 PESANTEUR.
les lois de la formule précédente, qui ne sont exactes qu'entre certaines limites, ne sont plus applicables à ces grands allongements.
En môme temps qu'une tige étirée s'allonge, sa section diminue» On ne connaît pas encore exactement le rapport entre la diminution de section et l'accroissement de longueur ; mais ce rapport est plus petit que l'unité, si bien qu'il y a en somme augmentation du volume total du corps étiré.
81. Lois de l'élasticité de traction dans les corps organiques. — Les allongements des corps d'origine animale ou végétale, caoutchouc, muscles, tendons, artères, veines, etc. ne sont pas proportionnels aux charges qui les produisent. En opérant sur des lames de caoutchouc de faible épaisseur (environ û°"°.5) et représentant graphiquement les résultats, Imbert a obtenu la courbe de la figure 46, dont les ordonnées sont proportionnelles
Fig. 46. — Élasticité du caoutchouc.
aux longueurs successives de la lame. La forme de^ la courbe, d'après le seus dans lequel est tournée sa concavité, montre que
TONICITÉ MUSCULAIRE. 135 les allongements croissent d'abord plus rapidement que les charges, nuis moins rapidement que celles-ci.
Lr courbe préseiite un Doint d'inflexion allonge et se confond sensiblement, sur une certaine partie AB de sa longueur, avec une droite passant par l'origine; il en résulte que, dans cet intervalle, la longueur totale de la lame de caoutchouc est proportionnelle à la charge qu'elle supporte.
Wertheim en expérimentant sur des tissus organisés, muscles, tendons, artères, veines, etc...., avait obtenu des résultats analogues, avec cette différence toutefois que, dès le début, les allongements croissent moins rapidement que les charges. La courbe qui représente graphiquement les résultats de l'expérience, en prenant pour ordonnées les allongements, est une hyperbole dont le sommet est à l'origine et qui tourne sa concavité vers l'axe des charges.
En rapportant les résultats de l'expérience à l'unité de longueur et à l'unité de section, Wertheim a trouvé les coeCBcients d'élasticité suivants :
Tendons 163.41
Nerfs 18.89
Muscles vivants, au repos 0.95
Veines 0.863
Artères 0.052
Les os se comportent sensiblement comme les corps inorganiques, et leur coefficient d'élasticité est 2304 .
La loi de la proportionnalité des allongements aux charges apparaît donc comme caractéristique non de la nature organique ou inorganique des corps, mais de leur grande élasticité et de leur faible extensibilité.
Les expériences de Marey sur les muscles de la grenouille ont conduit à des résultats identiques à ceux de Wertheim. En se servant du myographe, Marey a pu inscrire directement les allongements correspondant à des charges qui croissaient d'une façon continue et qui étaient fournies par un écoulement lent et constant de mercure. Comme dans les cas des bandes minces de caoutchouc, la courbe obtenue présente un point d'inflexion ; mais le sens des deux courbures, de part et d'autre de ce point, montre que les allongements croissent, au début, moins rapidement et, vers la fin , plus rapidement que les charges .
PESANTEUR
VilinZT ^^'f'"""' ^? circonstance, dont
1 influence es d autant plus grande que les corps observé sonti plus extensibles et plus tendus, rend difficilement comparables en re eux les résultats des divers expérimentateurs. En effet 1 allongement des corps très extensibles ne se prod uit pas tout entier immédiatement ; après l'accroissement plus ou moins brusque de longueur qui succède à une augmentation de la charge le corns< continue a s'allonger lentement pendant un temps très long, et cet! allongement secondaire peut être relativement considérable
Il y a donc incertitude sur la valeur de l'allongement total en es résultats trouvés sont assez notablement différents suivant le temps que l'observateur laisse écouler entre le moment de l'appli-' cation d une surcharge et celui où l'allongement est mesuré
Un phénomène analogue s'observe lorsque la charge supportée par le corps diminue; la diminution de longueur, rapide dans les premiers instants, se continue pendant un temps d'autant plus considérable que l'allongement, et par suite la charge primitive i avaient été plus grands. o P imime, ^
82 Élasticité musculaire. - Les parties de l'organisme dont 11 importe le plus au physiologiste d'étudier l'élasticité sont les organes producteurs du mouvement, c'est-à-dire les muscles L élasticité musculaire a été l'objet de très nombreuses recherches • nous présenterons sommairement dans les paragraphes suivants i les principales notions acquises actuellement sur celte importantequestion. ^
83. Tonicité musculaire. - Les muscles vivants, en place et au repos, sont presque toujours dans un état de tension faible, état auquel on a donné le nom de tonus ou de tonicité. Si l'on vient, en effet, à sectionner un muscle au repos ou son tendon, on constate que les deux parties séparées s'écartent l'une de l'autre' La tonicité disparaît d'ailleurs après la mort, car les deux parties d'un muscle sectionné restent alors en contact.
Sans entrer dans le détail des très nombreuses expériences instituées pour établir la cause et le mécanisme encore peu connus de la tonicité musculaire, nous dirons que, d'après les recherches les plus récentes, le tonus paraît exister seulement lorsque la distance mutuelle des points d'insertion du muscle est supérieure a la longueur naturelle de celui-ci. La tonicité ne serait donc autre
