Deformation et contrainte
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Source Image: Wikipedia (Module de Young)
La contrainte (ou l’effort) : ce sont les efforts intérieurs exercés sur un corps, ou la force liée à la déformation d’un objet. Elle est déterminée par l’essai de traction, et est mesurée en Pa. On peut aussi la déterminer par le calcul σ=F/S où F est la force exercée en Pa, et S la surface en m².
La déformation (ou l’allongement) : c'est la manière dont les matériaux sont déformés après q'une certaine force leur soient exercé. Elle est déterminée par l’essai de traction, mesurée en pourcentage (pourcentage de déformation de la longueur d’origine), et se note ε (Epsilon). On peut aussi la déterminer par le calcul ε=ΔL/L, où ΔL est l’extension en cm et L est la longueur d’origine en cm.
Ces deux valeurs permettent de faire un graphique ou un diagramme de la déformation et de la contrainte pour trouver les résistances maximales, la limite d’élasticité, le point de rupture et le module de Young d’un matériau spécifique. Cette courbe est créée en faisant un essai de traction (voir ci-dessous). On peut aussi utiliser ces valeurs pour trouver le module de Young, en utilisant la loi de Hooke. En prenant en compte ces valeurs, on peut trouver à quel point le verre se brisera en fonction des forces de la contrainte et du pourcentage de déformation du verre.
La déformation (ou l’allongement) : c'est la manière dont les matériaux sont déformés après q'une certaine force leur soient exercé. Elle est déterminée par l’essai de traction, mesurée en pourcentage (pourcentage de déformation de la longueur d’origine), et se note ε (Epsilon). On peut aussi la déterminer par le calcul ε=ΔL/L, où ΔL est l’extension en cm et L est la longueur d’origine en cm.
Ces deux valeurs permettent de faire un graphique ou un diagramme de la déformation et de la contrainte pour trouver les résistances maximales, la limite d’élasticité, le point de rupture et le module de Young d’un matériau spécifique. Cette courbe est créée en faisant un essai de traction (voir ci-dessous). On peut aussi utiliser ces valeurs pour trouver le module de Young, en utilisant la loi de Hooke. En prenant en compte ces valeurs, on peut trouver à quel point le verre se brisera en fonction des forces de la contrainte et du pourcentage de déformation du verre.
L'essai de traction
Une vidéo montrant l’essai de traction crée par Pierre Pavot:
L’essai de traction est une expérience où on soumet un échantillon d’un matériau à un effort de traction jusqu’à son point de rupture. On applique, par une machine de traction, des forces opposées sur l'échantillon pour tester sa résistance maximale, limite d’élasticité, point de rupture et son module d’élasticité (module de Young) tout en construisant une courbe ou un diagramme de traction (courbe déformation-contrainte). Cela se fait en notant l’état du matériau aux points spécifiques pendant l’expérience et d’associer l’effort utilisé par la machine de traction pour étirer l’échantillon à sa déformation. Soit dans le domaine élastique, c’est-à-dire avant la limite d’élasticité, soit plastique, c'est à dire après la limite d’élasticité. Cela est noté sur la courbe de traction. Une image de la machine de traction se trouve ci-dessous.
Exemple d'un Machine à traction et plusieurs éprouvettes de taille et matérielle différentes. Les éprouvettes à droite ne sont pas rompues, et sont des exemplaires d’avant l'utilisation dans la machine. Celles à gauche sont déjà rompues et sont des exemplaires d’ après la réalisation de l’expérience de traction.
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Rm: La résistance maximale
Rp: La résistance du matériau a un pourcentage spécifique de déformation (Exemple: 0.2%) Re: Limite d'élasticité |
Limite d'élasticité ou point de rupture
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Ci-contre se trouve une courbe de contrainte-déformation des matériaux fragiles, comme le verre, qui montre qu’après une certaine valeur de contrainte et de déformation, le matériau atteint son point de rupture, ou limite d'élasticité. À ce point, les atomes se réarrangent de manières différentes. Pour les matériaux fragiles et semi-rigides, comme le verre, les atomes, après l'atteinte du point de rupture, séparent quelques-unes de ces liaisons, ce qui revient à «briser » le verre. En revanche, pour les matériaux élastiques, comme le caoutchouc, après avoir atteint leurs limites d'élasticité, les atomes prennent soit une nouvelle formation avec des atomes plus séparés les uns des autres, soit le matériau se déchire, à cause de la séparation des liaisons atomiques. Dans ces deux exemples, une fois la limite d’élasticité atteinte, le matériau ne revient pas à sa forme originale même après l’arrêt des forces exercées sur l’objet. On trouve que le verre a une limite d’élasticité de 3600 MPa, donc il se brisera si une force supérieure à cette valeur lui est exercée.
Il faut aussi considérer que la plupart des verres ont des imperfections qui font que lorsqu’ils vibrent, ils se brisent avant d’atteindre leur point de rupture à cause des fissures créées par les vibrations.
Il faut aussi considérer que la plupart des verres ont des imperfections qui font que lorsqu’ils vibrent, ils se brisent avant d’atteindre leur point de rupture à cause des fissures créées par les vibrations.
Nous avons tous surement déjà essayé de tirer sur un ressort le plus fort que possible. Après qu’on a fait cela, et on le relâche le ressort a pris une forme différent qu’au début : Plus longue et tendu. Mais Pourquoi ? Cela se fait car le ressort a atteint sa limite d’élasticité et les atomes se sont tendus et prolongés entre eux, et ne reviennent pas à leur longueur original après le relâchement. Ce qui finit par un ressort plus long qu’au début même s’il est un matériel élastique. |