CHAPITRE XII

94. Perte de poids des corps plongés dans l'air. — Nous avons établi (§ 69) que tout corps solide plongé dans une masse liquide perd une partie de son poid< égale au poids du liquide déplacé ; tel est l'énoncé du principe d'Archimède. Or ce principe s'applique aussi aux gaz , lesquels , en vertu de la mobilité parfaite de leurs molécules, possèdent, comme les liquides, la propriété de transmettre les pressions également dans tous les sens. En conséquence, tout corps plongé dans un gaz , par exemple dans l'air atmosphérique , perd une partie de son poids égale an poids du gaz déplacé ; car la pression qui s'exerce sur la face inférieure à€ corps surpasse celle que supporte la face supérieure d'une quantité précisément égale au poids d'une colonne gazeuse ayant pour hauteur la distance verticale des deux faces considérées.

Si donc on pèse un corps dans l'air, on n'obtient, en réalité, que son poids apparent ; pour avoir le poids absolu , il faut ajouter au poids apparent le poids du volume d'air déplacé par le corps; on doit, en outre, tenir compte de la perte éprouvée par les poids marqués qui servent aux pesées. Mais dans la plupart des cas, surtout quand on a affaire à des corps solides , on néglige les causes d'erreur que nous .venons de signaler, car, la densité de l'air étant extrêmement faible par rapport à celle des solides ou des liquides, les corrections relatives a la perte de poids dans l'air seraient insignifiantes. Cependant, s'il' s'agit île peser des corps présentant un grand volume et une faible densité, ou bien, si on vise à une grande précision, il devient nécessaire de l'aire les corrections dont il s'agit.

DE LA PESANTEUR

En désignant par P le poids absolu du corps, par p son poids dans l'air, par U le volume réel du corps et par a la densité de L'air à La température et à La pression de l'expérience, lo poids de L'air déplacé est Ua, et par conséquent:

P-]) + Ua (1)

D'autre part, eu pesant lo corps dans l'eau, on a aussi la relation :

dans laquelle p' représente le poids du corps dans l'eau et e la densité de l'eau. Il suffît alors d'éliminer U entre ces deux équations, pour avoir le poids absolu :

pe — p' a (3)

[Ou peut encore déterminer le volume U en opérant comme on le fait pour la recherche

du poids spécifique par la méthode du flacon;^) étant le poids de l'eau chassée hors du

flacon, on a: p = Ue.]

Si 1' on veut, en outre, faire la correction relative à la perte qu'éprouvent les poids marqués qui servent aux pesées, correction soustractive, puisque ces poids pèsent dans l'air moins que ne l'indiquent les valeurs inscrites, il faut retrancher du poids p le

poids du volume d'air déplacé, qui est -y- a, cl étant la densité du métal dont sont faits

les poids employés; les quantités p' ou p seraient à modifier de la même manière, et la

formule (3) prendrait ainsi la forme définitive :

95. Force élastique des gaz. Manomètre. — La propriété que possèdent les fluides aériformes ou liquides de transmettre également dans tous les sens les

pressions qu'ils supportent, a été mise à profit pour mesurer la pression à laquelle est soumise un gaz, ou celle qu'il exerce lui-même, en vertu de sa force élastique. S'agit-il, par exemple, de déterminer la pression d'une masse gazeuse renfermée dans le réservoir R clos de toutes parts (Fig. 85) , on pratique en un point quelconque de la paroi de ce vase une petite ouverture, sur laquelle on adapte un tube ABC recourbé en U et ouvert à ses deux extrémités; clans l'intérieur de ce tube on introduit une certaine quantité de mercure, ou de tout autre liquide; la communication entre le gaz du réservoir et l'air extérieur se trouve ainsi interceptée, et la différence H des niveaux A et B du mercure dans les deux branches du tube permet de calculer la pression du gaz. En effet, dans la brandie ouverte à l'extérieur, la surface A du mercure supporte le poids de l'atmosphère; la surface B, dans la branche qui débouche à L'intérieur du réservoir, esl pressée

Fi3. 85. - Principe dumanomèfre l)al\la maSS<3 «aZeUSe R! Si 1& k^'' ^asUcpie du gaz

ù air libre et du baromètre. est inférieure à la .pression atmosphérique, la hau-

ire

PRESSIQN ET ÉQUILIBRE mes GA.Z.

teur du mercure dans la branche ouverte A sera au-dessous du niveau B flans la branche qui communique avec le réservoir; le cas est représenté dans ta Fig. 85. Si, au contraire, la pression du gaz est supérieure à celle de l'atmosphère, le niveau B se tiendra plus bas que le niveau A . Tel est le principe sur lequel repose ce qu'on appelle un manomètre, C'est-à-dire nu instrument destiné à mesurer la pression d'un gaz ou d'une masse 11 u nie, en général .

Un manomètre ainsi construit accuse donc, par la différence de hauteur des niveaux du mercure dans les deux branches de l'instrument, l'inégalité de pression entre l'extérieur et une masse de gaz confinée. De cette différence de hauteur il est facile de déduire .la pression intérieure du gaz : cette dernière est égale à là pression atmosphérique exprimée en hauteur de colonne mercurielle et diminuée, dans le cas particulier, de la hauteur H.

[Si le mercure est plus élevé du côté de l'extérieur, il faut, au contraire, ajouter la différence des niveaux à la pression atmosphérique. Je suppose, bar exemple, qu'on veuille connaître la force élastique du gaz contenu dans ['espace BD de la branche fermée du tube de la Fig. 86. Dans cette branche, le niveau du mercure arrive en B à la division 5; dans la branche libre, il s'élève jusqu'en B', à la division 80; la différence de hauteur est donc de 75 centimètres, chaque division représentant 1 centimètre; admettons, d'autre part , que la pression atmosphérique fasse équilibre à une hauteur de colonne mercurielle de 76 centimètres : la pression supportée par le gaz renfermé dans l'espace B D sera égale au poids d'une colonne mercurielle de 75 -+- 76 ou 151 centimètres de hauteur.]

Pour que le mercure qui est dans le tube manométrique se trouve en équilibre, il faut que la pression sur une même tranche horizontale soit la même dans les deux branches (principe de l'équilibre dans les vases communiquants, Cf. § 68a). Or la pression sur une surface égale à la section du tube est représentée parle poids de la colonne mercurielle placée au-dessus, augmenté du poids de la colonne gazeuse. Il importe donc peu que le tube soit large ou étroit, puisque la pression augmente proportionnellement à la surface pressée; on doit toutefois exclure les tubes à diamètre assez petit pour que l'influence de la capillarité y atteigne une valeur qu'on ne puisse pas négliger..

Si, dans le manomètre, on substitue au mercure un autre liquide, le rapport « litre les différences de hauteur dans les deux cas sera en raison inverse des densités des deux liquides; l'eau, par exemple, dont le poids spécifique es1 13 fois plus petit que celui du mercure, s'élèverait à une hauteur 13 fois plus grande. L'emploi de liquides à faible densité est indiqué dans certains Cas où les différences de pression à observer sont peu considérables.

96. Pression atmosphérique. Baromètre. — La disposition de la Fig. 85 donne la pression du gaz renfermé dans le réservoir R par rapport à celle qui existe

l'extérieur, c'est-à-dire une pression relative; [nous avons montré -qu'en ajoutant à cette pression relative la pression extérieure, on obtient la pression absolue du gaz.] Une simple modification dans le dispositif de l'appareil permet '''' déterminer directement la pression absolue. Je suppose, par exemple, qu'il s agisse rie trouver la pression extérieure, celle qui agit sur le niveau A du mer-

DE LA PESANTEUR

cure : on fait le vide dans le réservoir R, de manière à ce que la surface du mercure dans la branche B C n'ait aucune pression à supporter. Il est évident (|ue, dans ces conditions, la hauteur de la colonne mercurielle comprise entre les niveaux A et B dans la branche B C représente la pression qui s'exerce sur la surface A dans la branche ouverte.

L'appareil ainsi modifié prend le nom de baromètre, quand il est destiné à mesurer la pression atmosphérique. Dans la pratique, on supprime le réservoir li dé la Fig. 85 et on se borne à fermer l'extrémité C du. tube , en s'arrangeant de façon à ce que cette brancha ne renferme aucune trace de gaz. [On a ainsi un baromètre à siphon. La Fig. 86 représente un baromètre de cette espèce , si l'on suppose la grande brandie fermée à sa partie supérieure C et l'espace B' C entièrement vide, tandis que la petite branche est en communication avec l'air extérieur par une ouverture pratiquée dans la partie BD. La différence de hauteur BB' des niveaux du mercure dans les deux branches mesure la grandeur de la pression atmosphérique.]

On donne aussi au baromètre la disposition suivante : un tube de verre suffisamment long est fermé à l'une de ses extrémités, rempli de mercure et renversé d| manière que son extrémité ouverte plonge dans une cuvette également remplie de mercure ; le liquide se maintient alors dans le tube jusqu'à une hauteur en rapport avec la pression atmosphérique. [Ainsi construit, l'instrument est appelé baromètre à cuvette. L'espace vide qui existe au-dessus du mercure dans le tube porte le nom de chambre barométrique.]

La hauteur habituelle du mercure dans le tube barométrique est de 760 millimètres au niveau de la mer ; c'est cette hauteur qu'on est convenu de prendre comme représentant la pression normale de l'atmosphère. Ains tous les corps placés à la surface de la terre supportent de la part de l'atmosphère une pression égale au poids d'une colonne de mercure ayant 76 centimètres de hauteur et une section équivalente à la surface du corps ; celte pression est de lkiloeT,033 par centimètre carré.

[Pour que les observations de hauteur barométrique soient comparables entre elles , il faut leur faire subir deux espèces de corrections , l'une relative à la température, l'autre à la capillarité. Nous avons vu , en effet, que la hauteur de la colonne liquide soulevée est en raison inverse de la densité du liquide employé; or on sait que la densité d'un seul et même liquide varie avec la température suivant une loi dont il sera question dans l'étude de la chaleur (voy. liv. V, chap. I); d'autre part, les divisions de l'échelle qui sert à mesurer la hauteur du mercure dans le tube barométrique ont des longueurs qui dépendent aussi de la température. La première correction est donc double : elle consiste

Fig. 80. — Mesure de lu pression exercée par les gaz.

à ramener la hauteur du mercure à ce qu'elle serait à la température de zéro, en multipliant cette hauteur par le rapport Inverse des densités du mercure, el à ajouter à l'indication fournie par l'échelle l'allongement correspondant à. \a température de l'expérience, c'est-à-dire à multiplier la hauteur lue sur l'échelle par le binôme de dilatation de la matière dont est faite l'échelle. La seconde correction a pour but d'éliminer l'action de la capillarité, action qui diminue la hauteur d'ascension du mercure; on a construit des tables qu'il suffît de consulter pour avoir la valeur de la correction additive de la capillarité , à condition toutefois de connaître au préalable le diamètre du tube barométrique et la flèche du ménisque convexe qui termine la surface du mercure. |

96a. Diminution de la pression atmosphérique avec l'altitude. — La pression de l'atmosphère en un point quelconque du globe terrestre équivaut, comme nous l'avons vu , au poids de la colonne d'air placée au-dessus du lieu considéré ; il s'ensuit que la pression doit diminuer à mesure qu'on s'élève au-dessus du niveau de la mer, puisque la hauteur de l'atmosphère décroît avec l'altitude.

En supposant que l'air conservât partout la même densité jusqu'aux limites de l'atmosphère , la diminution de la hauteur barométrique serait proportionnelle à l'augmentation de l'altitude ; la réalisation de ce cas exigerait que l'atmosphère fût formée par un fluide à peu près incompressible , comme le sont les liquides. Mais il n'en est rien : l'air, en sa qualité de fluide gazeux, ne possède pas de volume déterminé ; il se dilate , par suite de sa force expansive , autant que le permet la pression à laquelle il est soumis. Or chaque couche horizontale de l'atmosphère a à supporter le poids total des couches sus-jacentes, et comme ce poids est nécessairement plus faible dans les couches supérieures que dans les couches inférieures, il en résulte que la densité de l'air doit décroître à mesure qu'on s'élève, car, en vertu de la loi de Mariotte, que nous ferons connaître un peu plus loin (voy. § 100) , la densité d'un gaz est proportionnelle à la pression qu'il supporte. Ainsi donc , deux causes concourent à diminuer la pression atmosphérique, c'est-à-dire à faire baisser le mercure dans le tube barométrique , au fur et à mesure qu'on s'élève au-dessus du .niveau de la mer : d'une part, la hauteur de la colonne gazeuse qui presse sur la surface du mercure dans la cuvette devient plus petite; de l'autre , la densité de l'air décroit. Si nous nous élevons, par exemple, à 1 mètre de hauteur, la pression atmosphérique diminuera d'une quantité en rapport avec le poids delà couclic gazeuse de i mètre d'épaisseur qu'on a traversée.

Cela posé, admettons que clans chaque couche d'une épaisseur égale à 1 mètre, la densité de l'air reste constante; nous pouvons faire cette hypothèse sans commettre d'erreur sensible; le poids d'une de ces couches d'air se déduira alors facilement de la densité de ce gaz. On a vu qu'à 0° et sous la pression normale de 76 centimètres de mercure, le poids spécifique de l'air est 0,00129; celui du mercure est 13,596; par suite,

I'1 poids d'une colonne d'air est ■= ou 10.539,5 fois plus petit que celui d'une co-

lorme de mercure ayant même hauteur et même hase. Supposons pour un instant que la densité de l'air soit, la même dans toutes les couches ; l'atmosphère aurait une hauteur égale a, 10.530,5 X 0,76 ou 7000 mètres, puisque le mercure s'élève a 0m,76 dans le baromètre. Doue le poids île la couche la, plus inférieure et, par conséquent, la, pression qu'elle

INI

DE LA. PESANTEUR

exerce pour son propre compte sur le sol représente la 1/7000 partie de la pression totale de l'atmosphère, si nous donnons à cette couche une épaisseur de 1 mètre et si nous admettons, comme nous l'avons dit, . que la pression 7 soit uniforme. Dans la deuxième couche la pression est déjà moindre, puisque sa partie inférieure ne supporte que le poids dîme colonne d'air ayant 6999 mètres de haut, tandis que la pression exercée sur la première couche équivaut au poids d'une colonne de 7000 mètres. La preBsion à

1 mètre d'altitude sera donc : II — -—^ Il - H — Yqqq) = H "fofo ' B- "0US gnons par H la pression normale de 0m,7G qui s'exerce sur le sol. Ainsi, une élévation de 1 mètre fait varier la pression dans le rapport de G999 à 7000. Or, en vertu de la lai de MarioUe, qui ve ut que la densité d'un gaz soit proportionnelle à la pression qu'il supporte, le poids des différentes couches d'air de môme épaisseur doit décroître en raison directe de leur éloignement du sol. Par conséquent, le poids de la deuxième couche

n'est que les J-jjjj-Q- du poids de la première. Donc, à une altitude de 2 mètres, la pression

sera celle qui existait à 1 mètre, savoir H i diminuée du poids de la deuxième couche

. . . 6999 n 1 tt „,„ . -, . tt 6999 6999 w 1 „ H /6999\ï qui est les ^ de ^ H, cest-à-dne: H 7 - ^ X w H = H ().

et ainsi de suite.

Les valeurs ainsi calculées nous montrent que : la pression atmosphérique diminue suivant une progression géométrique, quand V altitude augmente en progression arithmétique . Nous pouvons représenter cette loi algébriquement de la manière suivante :

u /6999\ nK

Hn - l 70TJ0 J H

on désignant par n l'altitude exprimée en mètres et par H la pression à cètte altitude.

Si on prend les logarithmes des deux membres, il vient :

log. = n log. 0,99984 -4- log. H

le nombre 0,99984 n'est autre chose que le quotient de 6999 par 7000.

De la dernière équation on tire :

log. Hn — log. H ^ Hn

n = '■ = - - log. Tr

log. 0,99984 lv

K étant égal à log. 0,99984.

Cette formule permet de déterminer, à l'aide du baromètre, d'une manière approximative, l'altitude n d'un lieu, c'est-à-dire sa hauteur au-dessus du niveau de la mer.

[Connaissant les hauteurs barométriques en deux endroits différents, on pourra, au moyen de la formule indiquée ci-dessus, calculer les altitudes des deux stations considérées et en déduire la distance verticale qui les sépare. Toutefois nous ferons remarquer que la formule précédemment établie et connue sous le nom de formule de Halle >/. ne fournit pas de résultats très-exacts, car elle néglige un certain nombre de causes qni influent sur la densité des couches atmosphériques. Laplaco, en tenant compte de l'influence de la température et de la latitude, a donné une formule plus exacte, dont on se sort généralement pour la mesure des hauteurs par le baromètre.]

97. Effets de la pression atmosphérique. Pipette. Siphon. — Tous les corps plongés dans l'air atmosphérique éprouvent dè la part de ce fluide une pression équivalente au poids de la colonne gazeuse située au-dessus d'eux. Quand le corps est en communication avec l'atmosphère par toute sa surface , il est presse également dans tous les sens et, en conséquence, il n'est pas afl'ecté d'une manière

sensible par l'action de cette force extérieure, puisque les pressions de direction opposée se neutralisent mutuellement. Vient-on à soustraire plus ou moins complètement une portion de la surface du corps à l'influence de la pression atmosphérique, l'équilibre est rompu; le corps, s'il est mobile , se déplace dans la direction du côté où la pression est supprimée ou diminuée, et il s'avance jusqu'à ce qu'il rencontre une résistance capable de taire équilibre à l'excès de pression qui s'exerce sur la face opposée. Telle est la cause de l'ascension du mercure dans le tube barométrique : ce liquide s'élève jusqu'à ce |ue le poids de la colonne soulevée soit égal à la pression de l'atmosphère.

A l'aide de la machine pneumatique, dont il va être question dans le paragraphe suivant, on peut aisément étudier les phénomènes qui se manifestent quand on soustrait les corps à la pression atmosphérique. Les liquide volatils, par exemple, placés dans le vide, se réduisent très-rapidement en -vapeur. Aussi emploie-t-on souvent la machine pneumatique. pour dessécher les substances humides, surtout quand ces substances ne doivent pas être exposées à une température élevée; ordinairement on vient en aide à l'action du vide dans ees circonstances, en mettant à côté de la substance à dessécher une matière avide d'eau, telle que le chlorure de calcium ou l'acide sulfurique.

Les animaux qu'on place sous le récipient de la machine pneumatique éprouvent un besoin de respirer qui se fait sentir à intervalles d'autant plus rapprochés que la raréfaction est plus avancée, et ils finissent par mourir asphyxiés.

La cloche de verre qui constitue le récipient de la machine pneumatique peut servir à mettre en évidence l'action de la pression atmosphérique ; on sait , en effet, qu'il faut une force considérable pour séparer celte cloche de la platine sur laquelle elle repose, lorsque le vide existe sous le récipient. On démontre ordinairement cet effet de la pression atmosphérique au moyen d'une expérience déjà ancienne, qui remonte à Otto de Guericke et qui est connue sous le nom d'expérience des hémisphères de Magdebourg : deux hémisphères creux en métal sont approchés l'un de l'autre, de manière que leurs bords' se touchent exactement ; à l'aide d'une tubulure que porte l'un des hémisphères on met l'espace qu'ils limitent en communication avec la machine pneumatique et on fait le vide ; aussi longtemps que le vide subsiste dans l'intérieur du système, il faut déployer un effort extrêmement considérable pour opérer la séparation des deux hémisphères.

En plongeant l'extrémité d'un tube clans un liquide et en aspirant par l'autre extrémité, on détermine un vide partiel dans l'intérieur du tube et le liquide monte; si on ferme ensuite le bout supérieur, de manière à empêcher l'air de rentrer, on peut sortir entièrement le tube hors du liquide, sans que son contenu s'écoule : la colonne liquide est retenue en place par la pression atmosphérique qui agit sur sa face inférieure. C'est sur ce principe qu'est fondé I instrument connu sous le nom de pipeile et qui sert à transvaser de petites portions de liquide.

La pression atmosphérique intervient aussi, do concert avec le principe des rases communiquants pour produire l'écoulement des liquides à travers le siphon. On sait que le siphon consiste en un tube ouvert aux deux bouts et recourbé de manière à former 'deux branches, dont l'une est plongée dans le

DE LA PESANTEUR

Fig. 87. — Principe de la machine pneumatique.

liquide à transvaser : dès l'instant que le siphon est amorcé, c'est-à-dire que le tube est entièrement rempli de liquide, ce dernier s'écoule à l'extérieur, aussi longtemps que l'orifice d'écoulement est situé plus lias que le niveau dn liquide dans le vase.

98. Machine pneumatique. — fia machine pneumatique est un appareil destiné à faire le vide,, c'est-à-dire à enlever le gaz renfermé dans un "espace Ins. Elle se compose des parties essentielles suivantes : un corps de pompe A (Fig. 87), dans l'intérieur duquel se meut un piston P; la partie intérieure du

corps de pompe est mise en communication à L'aide du conduit C, avec le vase ou récipient R dans lequel il s'agit de faire le vide. Le piston est percé d'une ouverture que ferme la soupape D qui s'ouvre de dedans en dehors ; cette soupape , en se soulevant , donne issue à l'air renfermé au-dessous du piston, quand celui-ci vient à s'abaisser. Au fias du corps de pompe se trouve une seconde soupape B , qui s'ouvre dans le même sens que la première et qui intercepte en temps utile la communication entre le corps de pompe, et le récipient.

Supposons que tout l'appareil soit rempli d'air atmosphérique à la pression ordinaire et que le piston soit au fias de sa course : si on soulève alors le piston , la soupape D reste fermée, tandis que la soupape B s'ouvre; une partie de l'air contenu dans le récipient fait irruption dans le corps de pompe jusqu'à ce que la pression soit la même dans tout l'appareil , cette pression étant d'ailleurs inférieure à celle de l'atmosphère, puisque l'air primitivement renfermé dans le récipient a augmenté de volume. Vient-on ensuite à faire redescendre le piston , la soupape B se ferme par son propre poids ; l'air logé dans le corps de pompe au-dessous du piston est comprimé, soulève la soupape D et s'échappe à l'extérieur. En répétant plusieurs fois ce doufile mouvement de va-et-vient du piston, on raréfie de plus en plus l'air du récipient R. Il est facile de voir que cette raréfaction peut atteindre un haut degré, à mesure qu'on augmente le nombre des coups de piston, mais qu'on ne peut jamais, ni théoriquement ni pratiquement, obtenir un vide parfait ; car chaque coup de piston n'enlève qu'une fraction de l'air renfermé dans le récipient, et la quantité en poids de gaz extrait par un coup de piston est d'autant plus petite que la pression est déjà plus affaifilie.

[En pratique, et quelle que soit la perfection de la machine employée, la raréfaction aune limite qu'il est impossible de dépasser; cela tient à ce qu'il reste toujours au-dessous du piston descendu au plus bas de sa course, un petit espace, nommé espace nuisible , qu'on ne peut supprimer complètement; Il arrive dès lors un moment où l'air qui remplit le corps de pompe possède une tension si faible que, réduit au volume de l'espace nuisible, il n'acquiert pas une force élastique suffisante pour vaincre la pression atmospfiérique qui presse sur la soupape D, et, au lieu de s'échapper au dehors, il reste sous le piston.]

On a apporté à la construction de la machine pneumatique un certain nombre de perfectionnements qui permettent de pousser la raréfaction à un degré tel'que la pression sous le récipient soit inférieure à celle d'une colonne de mercure de 1/2 millimètre de hauteur.

|L,i iMg. 88 représente une machine pneumatique ainsi perfectionnée. Au lieu d'un seul corps de pompe, il y en a deux, qui, fonctionnant alternativement, raréfient l'air du récipient d'une manière continue. L'accouplement de

Fig. 88. — Machine pneumatique à deux corps de pompe.

deux corps de pompe présente, en outre, l'avantage de rendre moins pénible la manœuvre de la machine : avec, un corps de pompe unique, quand on soulevait le piston, on avait à vaincre tout l'effort exercé par la pression atmosphérique sur la face supérieure du piston ; avec deux corps de pompe, les pressions exercées sur les deux pistons se contre-balancent en partie. Le mouvement alternatif des pistons est produit par le jeu d'un levier fixé à une roue dentée, qui engrène de chaque côté avec les tiges à crémaillère dont les pistons sont surmontés. La soupape destinée à fermer l'ouverture placée au bas du corps de pompe consiste en un petit cône métallique porlé par une tige qui traverse le piston à frottement dur et en suit ainsi les mouvements ; mais afin que cette soupape vienne fermer l'orifice du tube de communication, sitôt que le piston commence à redescendre, sa tige a presque la même hauteur que le corps «le pompe et, pour peu qu'elle monte, elle est arrêtée dans son mouve-

i§§ JJK LA PESANTEUR.

ment par une plaque fixe, de sorte que La soupape ne peut pas s'élever beaucoup au-dessus de l'ouverture qu'elle doit clore. Entre le système des corps de 1 pompe et le récipient, sur le tube de communication qui réunit ces deux parties de la machine, est ûxée une éprouvette, dans l'intérieur de laquelle se trouve un baromètre tronqué à siphon destiné à indiquer à chaque instant la pression de l'air clans le récipient. Le perfectionnement le plus important, au point de vue du degré auquel on peut pousser la raréfaction, consiste dans l'adjonction d'un robinet à double épuisement placé au milieu du canal qui réunit les deux corps de pompe; cette pièce est cachée dans la Fig. 88; elle porte aussi le nom de robinet de Babinet et est percée de deux systèmes de canaux disposés de manière à ce que l'un des corps de pompe soit employé à faire le vide dans l'autre, pendant que ce dernier extrait l'air du récipient.]

La machine pneumatique à mercure permet d'obtenir un degré de raréfaction encore plus considérable et presque le vide parfait. Sa construction repose sur le principe du baromètre. [Un tube de verre d'environ 1 mètre de hauteur est relié à sa -partie inférieure par un tube en caoutchouc avec le fond d'une cuvette de forme sphérique qui s'ouvre à l'air libre ; la partie supérieure du tube peut être fermée par un robinet à trois voies et présente un renflement qui augmente la capacité de la chambre barométrique; tout le système est rempli de mercure et constitue un baromètre à siphon. Quand on élève la cuvette, le mercure monte dans le tube fermé, et peut ainsi le remplir entièrement; l'abaissement de la cuvette fait au contraire descendre le mercure et détermine la formation du vide barométrique. Le robinet à trois voies est destiné, soit à mettre la chambre barométrique en communication avec le vase dans lequel il s'agit d'opérer le vide, soit à remplir de mercure la machine, soit à fermer l'extrémité supérieure du tube. On voit qu'en définitive le mercure joue ici le rôle du piston solide de la machine pneumatique ordinaire, et que la supériorité cle la machine à mercure tient à la suppression de l 'espace nuisible.^ On fait un fréquent usage de la machine pneumatique à mercure dans les' recherches physiologiques, notamment pour extraire les gaz dissous

dans le sans1.

[98a. Ventouse. — On appelle ventouse une petite cloche de verre qui s'applique sur une partie quelconque de la peau, et clans l'intérieur cle laquelle on fait un vide plus ou moins complet. La portion du tégument externe qui est ainsi soustraite à la pression de l'air atmosphérique se gonfle et rougit par l'afflux du sang et des humeurs clans cette partie du corps. Si la peau a été préalablement scarifiée, c'est-à-dire si on y a fait des incisions qui ont ouvert des vaisseaux, le sang s'échappe en abondance dans l'intérieur de la ventouse ; celle-ci porte alors le nom de ventouse scarifiée. On dit que la ventouse est sèche lorsqu'elle est appliquée sur la peau intacte.

On détermine la raréfaction de l'air contenu dans la ventouse, en y faisant brûler un morceau de papier, ou mieux encore en la plaçant au-dessus de la flamme d'une lampe à alcool : lorsque la ventouse est ainsi remplie d'air chaud, on l'applique rapidement sur la peau ; l'air se refroidit bientôt et diminue alors de force élastique. Au lieu cle produire le vide à l'aide de la cha-

(eur, on peut employer une petite pompe aspirante qu'on adapte à une tubulure fixée sut- la ventouse ; ou a alors la ventouse à potnp'e.

Depuis quelques années on construit des ventouses dites à refoulement, dans lesquelles le vide est obtenu par un moyen excessivement simple. La clocbe en verre, très-peu haute, porte au milieu de sa partie supérieure une fubulure coiffée (Tune sphère creuse en caoutchouc vulcanisé et à parois très-épaisses (Fig. S!)). Pour applique)' l'instrument, on comprime entre les doigts la sphère de caoutchouc, de manière à réduire autant que possible sa capacité intérieure et à refouler ainsi au dehors l'air qu'elle contient ; puis, appuyant sur la peau les bords de la coupe en verre , on cesse la compression : les parois en caoutchouc, en vertu de l'élasticité de cette substance, reprennent la forme sphérique et

Fig. 89. — Ventouse à refoulement. • . . .• 1 î iv • ,

déterminent ainsi un vicie partiel dans 1 intérieur de la ventouse. On a même fait des ventouses entièrement en caoutchouc]

99. Rôle de la pression atmosphérique dans l'économie animale. — Il existe dans L'organisme des animaux, et de l'homme en particulier, des cavités entièrement privées d'air, et d'autres qui ne renferment qu'un air raréfié; ces conditions naturelles nous fournissent l'occasion d'observer des effets semblables à ceux qu'on obtient artificiellement à l'aide de la machine pneumatique.

Dans les articulations des membres, par exemple, les surfaces articulaires des os sont en contact intime l'une avec l'autre, sans interposition d'air. La pression atmosphérique qui s'exerce en dehors de l'articulation contribue à maintenir ce contact, et les surfaces osseuses ne peuvent être séparées l'une de l'autre sans un effort considérable, abstraction faite de la force nécessaire pour rompre les ligaments qui ajoutent à la solidité de l'articulation. On peut, par exemple, couper tous les ligaments qui entourent l'articulation coxo-fémorale, sans que la tète du fémur abandonne la cavité cotyloïde , dans laquelle elle est exactement emboitée ; la pression exercée par l'air atmosphérique sur la surface libre de la tète du fémur est supérieure au poids de la jambe, et suffit ainsi à maintenir ce membre dans ses rapports naturels. Cette action de la pression atmosphérique facilite considérablement le jeu des articulations; caries efforts musculaires peuvent être employés tout entiers à faire mouvoir les membres, puisqu'aucune portion de ces' efforts n'est nécessaire pour maintenir les surfaces articulaires en contact.

Toutes les cavités closes du corps humain, telles que la cavité abdominale , la cavité thoraeiqùe , représentent aussi des espaces vides d'air. Les parois de la cavité abdominale, étant dépressibles , se moulent exactement sur les viscères de l'abdomen et la pression atmosphérique se transmet ainsi à la face inférieure du diaphragme, dont elle détermine la voussure à convexité dirigée vers la poi-

■ La cage thoraeiqùe possède^ au contraire, des parois rigides, déserte

mie la surface externe des poumons est soustraite à la pression de l'atmosphère, tandis que cette pression s'exerce dans toute sa plénitude sur la surface

HK LA l'KSANTiaUt.

intérieure de ces organes , qui sont en communication avec l'air ambiant par l'intermédiaire des bronches et de la trachée-artère. Cette disposition a pour effet de maintenir les poumons dans un état de dilatation permanente, aussi grande que le comporte la capacité de la poitrine, et de forcer ces organes a suivre les mouvements respiratoires du thorax.

La pression atmosphérique joue aussi un rôle important dans la circulation : elle favorise l'écoulement du sang des veines superficielles, en poussant ce liquide vers la cavité thoracique , où, à chaque inspiration, la pression de l'atmosphère sur les vaisseaux qui y sont contenus éprouve une diminution. La pression atmosphérique augmente, en outre, la force avec laquelle les parois des capillaires résistent à la tension sanguine. *

Quand on fait l'ascension d'une haute montagne ou qu'on s'élève en ballon à une grande hauteur, on se trouve dans un air raréfié. On constate alors que la respiration s'accélère , afin de compenser la diminution de la quantité d'oxygène qui pénètre dans les poumons à chaque inspiration. En outre, toutes les fonctions dans lesquelles la pression atmosphérique joue un rôle , éprouvent des troubles plus ou moins notables : un sentiment de fatigue dans les membres, de la dyspnée, des congestions veineuses, finalement des ruptures des capillaires superficiels , accompagnées d'hémorrhagies du côté des poumons , du nez , des lèvres etc., tels sont les principaux accidents qui surviennent dans ces conditions [et qui font partie de cet ensemble de symptômes que , dès le quinzième siècle , Da Costa décrivait sous le nom de mal des montagnes. Un travail récent de M. Lortet1 éclaire d'un nouveau jour la question complexe du mal des' montagnes ; les recherches de l'auteur ont porté sur les perturbations que présentent les fonctions de respiration , de circulation et de calorification , à mesure qu'on s'élève sur les hautes montagnes; Yanapnographe (voy. § 102;1, p. 199), le sphygmographe et le thermomètre à maxima avec index , de Walferdin , ont servi à recueillir les données nécessaires pour cette étude].

100. Compression des gaz. Loi de Mariotte. — Les gaz ne sont pas seulement susceptibles d'être raréfiés, on peut aussi les comprimer. Cette compressibilité des fluides aériformes , de même que leur expansibilité en quelque sorte indéfinie , est une conséquence nécessaire de la propriété générale que possèdent les corps gazeux de ne pas avoir de volume qui leur soit propre. Pour raréfier un gaz il suffit de diminuer la pression qu'il supporte ; on le comprime , en augmentant, au contraire, la pression.

Nous avons vu que les couches inférieures de l'atmosphère sont plus comprimées que les supérieures ; mais la compression de l'air peut être poussée bien plus loin, à l'aide d'appareils appropriés. En modifiant légèrement la disposition des machines qui servent à faire le vide , on peut les employer à la compression des gaz. Pour transformer, par exemple, la machine pneumatique de la Fig. 87 en machine de compression , il suffit de renverser le jeu des soupapes B et D, et de les faire ouvrir de haut en bas : si nous soulevons alors le piston, la soupape. B se ferme, sous l'influence du vide qui tend à se produire dans le corps de pompe , tandis que , par la même cause , la soupape D s'ouvre et donne accès

' LORTET, Deux ascensions au Mont-Blanc en 1869; recherches physiologiques sur le mal des montagnes (Lyon médical, 18G9, t. III, p. 79).

à l'air atmosphérique dans L'intérieur do l'espace compris cuire les deux soupapes. Quand on abaisse ensuite le piston, l'air contenu dans le corps de pompe est comprime ; par suite, la soupape D se ferme, la soupape B s'ouvre cl . et air est chassé dans le récipient 11. En répétant, à plusieurs reprises, ce double mouvement de va-et-vient du piston, on amène l'air du récipient au deî*ré de compression voulu. [Ici, toutefois, comme dans la machine pneumatique, la présence de l'espace nuisible limite le degré do la compression.] Dans les machines de compression , le récipient consiste ordinairement en un fort yase métallique qu'on visse solidement sur la platine, car une cloche de verre comme celle qui est employée dans la machine pneumatique n'offrirait pas une ténacité suffisante pour résister à la force élastique de l'air comprimé.

On peut obtenir une compression encore plus énergique , en soumettant au poids d'une colonne de mercure une masse gazeuse renfermée dans un espace resserré. Soit, par exemple, B b (Fig. 90) un tube recourbé en U à branches inégales ; la petite branche b est fermée à sa partie supérieure. Supposons que par la grande branche B, qui est ouverte , on verse du mercure de manière à emprisonner un certain volume d'air dans la petite branche et qu'on s'arrange pour que le niveau du liquide soit le même dans les deux branches, qu'il arrive, par exemple, à la division 0 dans la grande branche et à la division marquée 10 dans la petite : l'air ainsi emprisonné aura alors une force élastique égale à la pression atmosphérique. Continue-t-on à ajouter du mercure dans la branche ouverte , l'air renfermé dans la petite branche est comprimé , et il supporte une pressio'n qui surpasse celle de l'atmosphère d'une quantité équivalente au poids d'une colonne mercurielle ayant pour hauteur la différence des niveaux du mercure dans les deux branches ; on voit dans la Fig. 90 le niveau du mercure parvenu à la division 5 clans la petite branche et à la division 75 dans l'autre; la différence, 70 centimètres (en supposant que ces divisions représentent des centimètres) , ajoutée à la hauteur barométrique normale , 76 centimètres , mesure la pression supportée par l'air emprisonné en b. Si la différence des niveaux était de 76, de 2 X 76, de 3 x 76 centimètres etc., la pression correspondante serait égale à 2 , 3, 4 etc. atmosphères.

L'aii- ainsi comprimé diminue de volume à mesure que la pression augmente, et on constate que : les volumes occupés par une même masse gazeuse sont en raison inverse des pressions qu'elle supporte. Tel est l'énoncé de la loi connue sous le nom de loi de Mariotte, du nom du savant qui l'a découverte. — De cette loi on conclut immédiatement que la densité d'un gaz est proportionnelle à la pression qv' il supporte; car on sait que la densité d'un corps est, à poids égal, en raison inverse de son volume, et il est évident, d'autre part, que le poids de l'air emprisonné dans la petite branche b du tube de Mariotte est constant.

Fig. 90. — Tube de Mariotte.

DE LA PESANTEUR

[En appelant V le volume d'une masse gazeuse, H la pression qu'elle supporte, V le volume de la même masse sous une autre pression H', on a, en vertu de la loi de Mariette :