V. Optique

YL Acoustique.

YIL Météorologie. — Températures du globe. — Sources de chaleur.

Dans la plupart des autres sciences y les faits et les principes se déduisent les uns des autres^ et leur développement rationnel trace nécessai- I rement au professeur la marche qu*il doit suivre dans leur exposition ; il n'en est pas lout-à-faît de môme en physique. Variée comme la nature qu'elle décrit, cetle science se compose de plusieurs parties qui n'ont pas entre elles une telle connexitc^ qu'il soit absolument nécessaire de les classer toujours dans Iç même ordre. Ainsi , quand on s'est occupé des propriétés générales de la matière, quand on a donné la théorie des gaz et des vapeurs , il est à peu près indifférent de commencer par l'optique , l'électricité ou l'acoustique \ Mais, quel que soit l'ordre qu*on adopte, les principes et les faits doivent , dans chaque partie, être présentés graduellement avec clarté et précision; c'est là ce que j'ai tâché de faire.

La physique, au point où elle est parvenue aujourd'hui , n'a plus rien de commun que le nom avec cette physique dite scolastique , que les préceptes de Bacon et les exemples de Galilée ont si heureusement contribué à bannir de l'enseignement public.

Déjà , du temps de Newton , les esprits supérieurs prenaient l'expérience pour base de leurs travaux , et l'on peut en citer pour preuve la décomposition de la lumière. Mais combien d'homtnes de mérite subissaient encore le joug do l'ancienne routine! Combien d'hommesdistingués n'avaient d'autre guide que l'autorité des anciens maîtres! C'est surtout depuis un demi-siècle que la physique a pris un grand essor; c'est depuis cette époque que cette belle branche des connaissances humaines s'est enrichie de tant dé brillantes découvertes, auxquelles, on peut le dire, les savans français ont pris la plus glorieuse part.

L'importance de l'étude de la physique n'a plus besoin d'ôtre démontrée. Il est aujourd'hui reconnu qu'elle doit Être le complément de toute bonne éducation. Cette étude, si elle est bien faite, donne comme tontes les autres de la force et de la justesse à l'esprit des jeunes gens; mais elle a de plus le double çt le précieux avantage de leur inspirer la plus haute idée de la puissance et de la sagesse du Créateur, et de leur fournir des méthodes expérimentales applicables dans une inGnité de circonstances, et des indications utiles même dans les usages ordinaires de la vie.

Je ne partage point l'opinion des personnes qui pensent que les livres élémentaires sont peu favorables aux progrès des siences : il me semble au contraire que le moyen le plus certain de faire avancer une science , c'est

* Cqiendant bî ce chongemcnt n*eût pas ndoessité nn trarail considérable pour les planches , j'aurais pincé dans cette nouvelle édition Tacoustiquc avant roi>tIquc.

(I augmenter le nombre des personnes qui la cultivent , en en rendant la première élude plus facile. Il y a d'ailleurs bien peu de sciences dont on 110 puî>se faire , en un volume ordinaire , les principes généraux et essentiels et les faits d'où ils ont été déduits.

J'ai placé à la fin de mon ouvrage quelques chapitres sur des matières dont ofl s'est peu occupé dans les traités de physique ; je veux parler de la ipetéorologie , des températures du globe ^ et des sources de la chaleur animale ; il m'a semblé que ces diverses parties étaient assez avancées pour entrer dans l'enseignement de la physique générale. Cette innovation, déjà introduite dans la première édition, a reçu l'approbation des savans.

Il eût été bien difficile d'exposer les phénomènes de la pesanteur, la lliéorie et la construction des instrumens d'optique, sans faire usage des formules d'algèbre ; je ne les ai employées que dans quelques cîrconr stances très rares; mais, aGn de ne pas arrêter les lecteurs peu familiers avec l'analyse , j'ai rejeté les calculs dans les notes.

Plusieurs sa^ans , qui rendent aux sciences le double service de les enrichir de leurs découvertes et d'aider de leurs lumières ceux qui les cultivent, ont bien voulu me donner des conseils. Je les prie de recevoir ici l'expression de ma vive reconnaissance.

J'ai retouché attentivement mon ouvrage. J'ai développé plusieurs parlies que je m'étais borné à mentionner dans les précédentes éditions. Enfin j'ai tâché de le rendre.plus digne de l'accueil favorable que le public a bien voulu lui faire.

Paris I septemlire 1836.

MXnOHS FRËUniNÀmES SUR LÀ MATIÈRE, LES LOB BU MOUVEMENT ET LA CHUTE DES CORPS, ETC.

nomâiÊ oùivaalm bm^ous.

!• On s'oocvpe spéctaloment en physique des nodifiatioBs paatagères que sabûsent les corps , soit par leur influence réciproque , soit par Fsction de h lumière, de la chaleur, de Télectricité, etc. IfoQs Tenons que ces modifications consistent en 'héoérel dans des moUTemens plus on moins manifestes.

On appelle eorpg tout ce qui est susceptible de {trodnire sur nos organes un certain nombre de senaUoos déteiminëes. L^eipérience prouve qne tous les corps peutent être divisés en porties teUement petites, qu*elles échappent à nos sens. Cest à ces parties qu'on donne le nom de moUeuha.

Od entend par phènomdne un changement queleooqne opéré dans un ou plusieurs corps.

On donne le nom de loi à un énoncé plus ou moins simple qui embrasse un grand nombre de phéiio- ■eues do même genre.

lA&Mndté qu^a chaque corps d^exciter en nous ^ sensations diverses , oonstitue les propriétés pariicnUères par lesquelles nous en reconnaissons la présence. Parmi ces propriétés , il en est quelques unes qui aj^partiennent à tous les corps , et e'esl pour cela qu^on les a nommées générales. Telles «ont retendue, Timpénétrabilité , la mobUité, la divisibilité, la porosité, Tinertie, la pesanteur et l'attraction. Toutes ces propriétés , quoique généra- ^1 ne sont pas essentielles à la matière. Nous admettons , avec plusieurs physiciens , qne retendue et Timpénétrabilité sont les deux seules pro-

priétés sans lesqnelleB on ne conçoit pas TeiUtenco des corps.

3. De fétemâm. — Tout corps occupe une portion de Tespace universel , c^est-à-dire que tout cor|is est étendu. Nous nVvons pas Tidée d'un corps sans y joindre celle de Tétendue.

Le volume d'un corps n'est antre chose qne son étendue. L'étendue du plus petit corps a toujours trois dimensions : longueur, largeur et profondeur.

3. De fimpèniirahàiiè. — Deux corps qnelconques ne peuvent occuper en même temps le même lieu de l'espace. Cest à cette propriété inhérente à la matière qn'on a donné le nom d'impénétrabilité.

La réunion de ces deux propriétés , l'étendue et l'impénétrabilité, suffit pour caractériser la matière.

Il est bon de prémunir le lecteur contre quelques exemples de pénétration apparente : une pointe d'acier qu'on enfonce dans le bois en écarte les parties, mais ne le pénètre pas ; il en est de même de tout corps solide qui se meut dans les divers fluides.

Les combinaisons chimiques semblent , en général , indiquer la pénétrabilité. Par exemple , l'alcool (esprit de vin) et l'eau occupent, après leur mélange , un volume moindre que la somme des volumes de chacun de ces deux liquides. Beaucoup d'alliages présentent encore le même fait. Enfin , on peut aussi oiter la combustion du chorbon , qui a lieu dans l'air, sans en changer le volumo. Dans ces diverses circonstances , la pénétration n'est qu'apparente , et on le concevra avec facilité , si l'on remarque, comme l'observation va nous le

là

PROPRlÉTiS GÉIfftRMXS D£S COUPS.

faire bientôt connaître , qao la porosité appartient à tous les corps , c^est'ù-dire que Ivs molécules des corps laissent entre elles des interstices plus ou moins grands.

Dans les combinaisons chimiques , ces interstices se trouvent occupés en partie par les molécules des corps ; de sorte que le Tolume d'ub eomiwsé résultant d^unc combinaison peut ctrc beoucoup plus petit que la somme des volumes des composans , sans que pour cela les substances qui ont obéi à leur affinité mutuelle ponr former le composé, cessent d^ètre impénétrables.

Les autres propriétés générales des corps sont la porosité, la divisibilité, la mobilité, Tinertie, la pesanteur et Tuttraction.

Nous nous arrêterons d'abord sur ces propriétés. Il y en a d^autres , telles que la compressibilité , la dilatabilité \ rt il y en a qui n^appariiennent qu'à certaines classes de corps , telles que la dureté , la malléabilité, la ductilité, Télasticité, etc. Nous y retiendrons plus loin.

4. De la Porosité. -^ Les molécules des corps ne sont pas en contact parfait; elles sont séparées par des espaces vides, appelés fores, et variables en grandeur pour les différeus corps. Tout le monde sait que beaucoup de corps , la pierre à bâtir , le grès, le bois, quoique secs à leur surface extérieure, perdent ensuite plus ou moins de leur poids par nne dessiccation prolongée , et cela à cause de Tévaporation de Tean contenue dans leur intérieur.

Le sucre, jeté dans l'eau, se eonvre de bulles aériennes qui paraissent bientôt à la surface du liquide. L'air est déplacé par le liquide qui s*introduit dans les pores du sucre.

Dans certains corps, comme les métaux , le verre, le marbre, etc. , la porosité ne peut pas être rendue aussi sensible que dans le grès ou le sucre , mais elle n^existe pas moins, car tous ces corps augmentent de Tolume par la cbaleur , et se contractent par le froid , ce qni montre que les molécules ne se touchent pas , puisqu'elles peuvent être plus ou moins rapprochées. On parvient d^aillcurs , par l'application d'une forte pression sur un corps plongé dans un lirpiide , à faire pénétrer ce liquide dans le corps , sans production d'aucune crevasse apparente.

On constate la porosité par plusieurs expériences fort simples. Par exemple , si l'on plonge un œuf dans un verre plein d'eau , et qu'on place le tout sous la machine pneumatique , on -voit l'air de l'intérieur de Tceuf sortir à travers la coquille , à mesure qu'on fait le vide dans la cloche.

On démontre la porosité du bois, du cuir , etc. , eu mettant du mercure dans une virole fermée à sa base par une plaque do bois ou de cuir , et en adaptant cette Tirole à nne cloche dans laquelle on foit le vide. Aussitôt que Tair de T intérieur de la cloche est raréfié à un certain degré , la pression do l'atmosphère fait tomber lo mercure sous la forme d'une pluie argentée.

On appelle masse d'un corps la somme totale d» parties matérielles qu'il renferme \ et cette somnte totale, prise sous un volume donné, est ce quon appelle densité f en sorte que la densité est le rapport de la masse au volumt*.

5. De la Divisibilité. — L'ob3ervation apprend que tons les corps assez grands pour être palpables sont susceptibles d'être divises en plusieurs partics; que ces nouvelles parties peuvent être partagées en d'autres plus petites , et ainsi de suite . jusqu'à ce que la division donne des particules tellement ténues , qu'elles échappent aux sens par leur petitesse.

Nous allons citer r|uelques exemples par lesqsds on peut juger de l'immense divisibilité delà matière. Un centigramme d'indigo donne une teiote bleue assex intense à 100,000 grammes d*eau ; nuis chaque gramme peut être facilement divisé en lOOU parties ; de sorte qu'un centigramme d'indigo csi divisible en 100 millions de parties. L'odorat, encore plus que la vue , nous prouve la grande divisibilité de la matière. Une goutte d''e6sence de térébenthine répand son odeur dans un vaste appartement; l'odeur d'une faible quantité de musc se fait sentir dans une chambre spacieuse , pendant plusieurs années , sans que le poids de cette substance soit sensiblement diminué. CependaBi le renouvellement de l'air emporte les particales odorantes , quif^e dégagent sans cesse , puisque 1» chambre en est continuellement remplie.

On trouve aussi dans les métaux des exemples d'une très grande divisibilité. Le batteur d'or réduit ce métal en feuilles tellement légères , que ie moindre souffle les met en mouvement. L'or et le platine sont réduits , à l'aide de la filière , en fils d'une ténuité extrême. Avec un gramme de l'un de CCS métaux on ferait un fil de plusieurs lieues dr longueur (1).

0. De t Inertie. — Tous les corps persévèrott dans l'état de mouvement ou de repos dans lequel ils se trouvent. On a donné le nom d'inertie à kdéfant d'aptitude qu'ont tous les corpa d'apporter d'eux-mêmes le plus petit changement à leur étal actuel.

L'inertie à l'état de repos (2) est offerte par une observation constante : jamais on n'a tu on corps

(i) Wolkston a imaginé on procédé ingénieux peur donner aux fib de pUtinc un degré de finesse que jamais le procédé de la filière ne pourrait atteindre. Ct procédé consiste à fixer dans l'axe d'un cylindre creui un fil de platine déjà fin , et à l'envelopper d'argent, n; qni se fait en y versant ce dernier oiétàl en fusion. Le fil de platine ainsi enveloppé d'argent est passé de noavean à la filière , l'argent qui le recouvre est disions ensuite par l'acide nitrique, et le fil de platine reste intact. M. Becquerel , en remplaçant l'acide nitrique par le mercure, a obtenu des fils d'acier d'une très grande ténuité. Nous verrons rutilité de pareils fils , en traitant de l'optique.

(a) Ce n'est que par une abstraction qne sons oonsi-

lonvBmvT uniroRKB.

mnffOÊWomaUMe de liiî*mêaM en moufement.

Ua example remarqvtble de rinertU) danâ Pétai de noofanent se préseate dtos le eoiuri des planètes, ia TÎtesse de la hine anieiir de la terre , celle de la terre aotour do soleil , ne paraissent pas avoir diminué depuis rorigine des obserTstioDS astrono-

Si à k snrCicede la tenre sons ne ? oyons pas les fîsqts sbandonoës à eax-némes conscrTer longleops les vitesses qu'ils ont aeqnises y c^est qne le raonveneat ea est liieiitM détroit par la résistance de iltir et des antres corps. Les planètes, au contmre, se mouvant dana le vide, restent animées des mêmes Titesses qni leur ont été imprimées.

7, De rAtiraoÉùm, — Dans beaucoup de circonstances on voit les corps se porter les uns vers les aatres sans qu'il existe aucune cause sensible de ce mouvement : on a désigné cette tendance mutaello par le mot d'attraction. Il faut se rappeler qu'on entend par là exprimer le fait et non la cause.

ratfcrsctiou s'exerce entre les corps à distances insensibles; c'est par cette espèce d'attraction, qni prend alors le nom d^aUraciûm muMcuUdre , d'afmié , de cohènan , qu'on explique les phénomènes chimiques et plusieurs phénomènes que la physique considère. Hais on donne plus particulièrement le nom de eokinan à raction réciproque des parties d'un même corps , et celui d^agmié à rsctieo des parties différentes.

Tattraotion s'exerce aussi à des distances oonsidénbles; elle porte alors plus spécialement le nom de graestalMnB ou d'attraction planétaire. Ainsi le soleil attire tous les corps rcAfermés dans TuniTcrs, rt réciproquement il est attiré par eux. L'intensité de cette aetion est frcporHomiêUê à la masêe , et m raiÊon éwerse dv carré de ta dMtancf . Telle est la loi qui règle les actions réciproques de tous les corps célestes , découverte par Newton.

Une sphère attire un point matériel placé à sa sarbce ou hors de sa surface aTCc la même intenlilé que si tonte la matière dont elle est composée était réunis à «on centre : on démontre ce théorème pir la géométrie. Nons l'admettrons eonune un fait. On le conçoit d'aiUeursfaeilenient ; car soit nn point ^ ^' *) pl^oé hors de Peaveloppe sphérique déP hk; ti tonte la matière est ramenée à son centre , la diminution de l'intensité causée par l 'éloignement, relativemesit an pointa^ des parties de la moitié ^h, set» compensée par la diminution de la distance de celles que renferme l'autre moitié dd!ks et puisqu'une sphère solide peut être considérée eonune l'assemblage d'une infinité d'enveloppes sphériques, il en résulte que cette proposition paraîtra fondée , même aux personnes qui n'ont que des notions très élémentaires de calcul.

àkxon l'état de repos ; car il n'y a pas une particule en

Kpos dans l'anivers. Ls terre , les planètes , se meuvent

I asloar du soleil ; le soleil lui-même a un mouvement

nenx corps placés à la surface do globe ne manifestent aucun mouvement sensible l'un vers l'autre, parce que l'attraction prépondérante de la terre les dérobe & Teffct de fcur attraction mutuelle, mais on peut , comme Ta fait Cavendisb en 17»8 , mettre en évidence Tattraction mutuelle de tous les corps. La partie principale de l'appareil emr ployé par cet ingénieux physicien était un levier horiiontal suspendu à nn fil métallique vertical non tordn {fig, 13). Le levier portait à chacune de ses extrémités une petite boule métallique : un globe de plomb d'environ un pied de diamètre était placé près de chacune des boules . de manière à ce que les actions des deux globes, conspirassent pour faire tourner dans le même sens les deux bras du levier. Quand l'appareil fut disposé, l'action des globes de plomb sur les petites boules se manifesta par un moUTcmeut sensible imprimé au levier.

CaTcudish, connaissant le volume et la densité des boules et des globes de plomb , et le Tolume du globe terrestre^ put, parla comparaison du mouvement du levier au mouvement qu'imprime la pesanteur à un pendule , parvenir à connaître la densité moyenne du globe terrestre , qu'il trouva égale à 6,6. Haskeline en 1772, et H. Garlini en 1824, ont trouvé 4,6(voyes le pendule). Il faut donc que l'intérieur de la terre soit très dense , puisque la densité moyenne des substances qui sont à la surface n'est peut-être pas supérieure à 2,

{Voyea plus loin l'article ÉlasHoiié,)

S, De la Pesanteur, — Aucun corps h la surface du globe ne parait dénué de pesanteur, c'est» à-dire de cette propriété de se précipiter vers le centre de la terre. Cette propriété n'est pas une oondition essentielle à l'existence des corys ; cependant , comme la matérialité et la pesanteur paraissent toujours s'accompagner , l'existence de l'une snflit pour juger par induction<de rcxislenco de l'autre.

0. Du Mouvement, — >0n appelle mobilité la faculté qu'à un corps d'être transporté d'un lieu dans un autre. Cette propriété appartient à tous les corps* de la nature , puisqu'il n'y a pas de corps qui ne puisse être mis en mouvement par une cause quelconque , qu'on nomme force.

Mouvement uniforme. Le plus simple de tous les mouvemens est celui qui se fait en ligue droite , et dans lequel la vitesse (l'espace parcouru pendant l'unité de temps) est constante. Cette espèce do mouvement est produite par une impulsion instantanée. Dans le mouvement uniforme , l'csp^icc parcouru est égal à la vitesse multipliée par le temps. La formule de ce mouvement est £-~-=:FT, E représentant l'espace, V la vitesse, F le temps; chacune de ces quantités étant rapi^rtce à une unité de son espèce.

Une impulsion instantanée ne peut produire qu'un mouvement rectiligne. Un mouvement curviligne peut aussi être uniforme, mais ilest produif

jMucKtum A u pbsauteuk.

par une force ogUfuit d^ane manière costiaiie dans une direction sans cesse variable.

Deux mobiles qui reçoivent la même vitesse d^une même force ont deê matses égales ; si les mobiles sont de plus de même nature, ils renferment la même quantité de matière.

Le rapport de deux masses est celui des forcu employées pour leur imprimer la même mlfsM.

L'expérience et l'observation montrent que leê forc0ê sont proportùmnêUsê ams mtBSêeê qu'elles impriment à une même masse.

II résulte de ces deux dernières proportions que deux forces /* et F' imprimant la première une vitesse Fè la masse Jlf, et la deuxième une vitesse >F? à la masse JW.j sont entre elles comme les produite if K et ilf T.

Le produit MF, qu'on appelle en mécanique

^mmUùé de mouvement , peut servir de mesure à la

force F, A une autre masse Bt elle imprimerait une

vitesse T qui serait donnée par l'équation M V=

arr,d'où r=— .

L*équation M r= JT T peut se traduire en la proportion MiJtt :: TiV, c^est-à-dirc qu'une même force imprime à deux masses différentes deê vite»êe» q¥i eemi en raison ùweree de ces masses,

10. Mouvement varié, La vitesse peut être variable : c'est le cas du mouveinent varié. Dans le mou» vement uu^ormément varié, qui est le seul que nous considérions ici (1) , la vitesse croit ou décroît de guasUités égales en ten^ps égaux. Les forces qui produisent cette espèce de mouvement sont appdées accélératricee ou retardatrices. Dans le cas du mouvement uniformément accéléré, si le corps est animé à l'origine d'une vitesse représentée par A , et si dans cbaque unité de temps la vitesse reçoit de la force accélératrice une quantité constante g , elle deviendra successivement A+g; A + tig„f A + gU Si le mouvement était uniformément retardé , la vitesse serait A — gg A — 2g,„ A — gt,

11. Voyons comment croit l'espace , par rapport au temps , en supposant la vitesse nulle à l'origine ou A=o, Soit AF{fig,l)]A ligné représentant le temps , divisée en un certain nombre de parties égales entre elles et à l'unité de temps. Sapposons pour plus de simplicité que les lignes Bp, Cm, Dl,„, élevées perpendiculairement sur la ligne AF, représentent les vitesses acquises après'duque unité de temps, l'espace total parcouru sera la somme des espaces partiels : il sera toujours possible do prendre l'unité de temps assex petite pour que la vHease soit sensiblement constante. L'espace parcouru dans ce cas sera le produit du temps par la vitesse ; si maintenant Ton donne au mobile , dès l'origine du mouvement, les vitesses Bp, Cm, Dl, etc., qu'41 n'a acquises qu'à la fin de chaque unité,

( 1 ) Le penAole aons offrira plus loia l'exemple d'un mouTemenl non uniiornémcnt varift.

l'espace totAl pareowu sera la sanme des reelsogles ABpn, BCms, CDls,tie, Si au contraire on suppôt qu'il se meuve dans cbaque nnilé de temps avec la ^tesse qu'il a dès l'origine , alen la somme des espaces parcourus sen^xéro^BCqp, CDrm, etc. La première supposition donne un résultat trop fort , la seconde un résultat trop faible ; la différence sera d'autant plus petite que l'onlté de temps sera moindre, laquelle dans un rooa?ement de cette espèce est réeUement tnfioiment petite. On voit d'ailleurs que la limite est W trissgle AFHi l'espace total parcouru pendant letempi

AFXFH AF, sera donc égal à ; et comme FEm,

la vitesse finale , et que cette vitesse est égale i 7*^, l'expression de l'espace parcouru devieodn TXTg gT%

•} ainsi dans le mouvement nnifor-

mément varié , iss espaces parcourus crmsseiA comme les carrés des temps.

D'où il résulte que les deux formules do mouvement uniformément varié , sont F = ^ T, et

iP= (a).

F est la vitesse acquise nu bout d'un certaio temps T,

E est l'espace parcouru pendant le même tempi. Si l'on fait T=l dans la formule (a), on obtient g =2 E , c'est-à-dire que dans le mouvement oniformément accéléré, la vitesse acquiso i^és'f usité de tempe est douUe de Pespace panouru^pendmt cette unité.

C'est pour plus de simplicité, cpw nous avoas supposé la vitesse du mobile nulle à i'origiae^ w cas mérite surtout de fixer notre attention, parce que la chute des corps va bientôt nous en offrir une application.

Si la vitesse n'est pas nuUe à l'origine, rien n'est plus simple que de tenir compte d'une vitesse imprimée par une impulsion instantanée. Soit A cette vitesse : la vitesse totale du corps , soumis à la fois à cette impulsion et à l'action d'une forao aocéléntrice constante , esiA+g Ton bout du temps T. Pour avoir l'espace parcouru, il faut ajouter les deux espaces séparés ; or , en vertu de l'impulsion , Tespace parcouru d'un mou?ement uniforme est A f ; mais nous venons de voir quels force acoéléFattice

seule fait parcourir un espace . : ainsi l'espace

total est représenté par ii7*-{-