Poutres en spaghettis
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Version du 25 mai 2010 à 21:26
Sommaire |
Présentation de l'expérience
Il s'agit d'expérimenter sur les structures en treillis. Ces structures ont des propriétés mécaniques remarquables. Elles ont servi à construire la tour Eiffel, le viaduc du garabit ou la statue de la liberté. Plus couremmment, beaucoup de grues sont fabriquées selon ces principes.
Ce qui est particulièrement démonstratif dans cette expérimentation avec des spaghettis, c'est de partir d'un élément très fragile, de le disposer en treilli et de sentir sous la main l'apparition de propiétés de solidité et de raideur.
Avec seulement 15 spaghettis disposés en treillis, on peut fabriquer une poutre de 25 cm de long capable de soutenir une charge de 700 grammes en bout !
Cette expérience va faire l'objet d'un kit science. [Fichier du kit science "Poutres en spaghettis" en cours de développement]
Un fichier powerpoint peut être fourni à celui qui voudrait modifier la présentation (me jondre)
La description des principes et objectifs des kits science peut être trouvée à Principe des kits sciences
Voici une poutre prête à être testée:
Une vidéo de poutre en train de casser va être bientôt mise en ligne
Matériel pour fabriquer le kit
- Un paquet de spaghettis (n°3 de panzani)
- un pistolet à colle chaude
- du contreplaqué pour faire les flancs entre lesquels on construit la poutre
- quelques planches pour fabriquer le support de poutre
- un sac de billes
- un petit panier pour mettre les billes en bout de poutre et éprouver sa résistance
- une balance de ménage pour peser les billes qui ont provoqué la rupture
- une bouteille de jus de fruit de 2 litres pour tester un spaghetti en traction
- quelques bouts de contreplaqué et des rondelles de grande taille pour fabriquer un banc de test de spaghettis en compression
Les expérimentations à réaliser
Afin de comprendre ce qui importe dans la solidité des poutres chargées en bout, on fabrique plusieurs modèles de section triangulaire:
- avec la base du triangle vers le haut ou vers le bas
- avec des cellules de même taille
- avec des cellules de taille inégale
On expériemente l'effet de la translation ou de la traction sur un seul spagheti. ces petites expériences nous guident vers la poutre optimale.
Toutes les indications sont données dans le livret d'accompagnement.
Premier essai
Une vidéo d'une poutre en train de casser sera bientôt mise en ligne. On y verra le fameux flambage qui annonce la rupture.
On observera où il se produit, ce qui nous indiquera la direction d'une amélioration possible.
Quelques explications
Travail en traction et en compression
On fera l'expérience de la solidité d'un spaghetti quand on tire dessus (traction). On soulèvera sans peine un poids de plus d'un kilogramme-poids avec un seul spaghetti.
On fera l'expérience de la fragilité d'un spaghetti en contraction. On mesurera comment varie la charge capable de le faire flamber en fonction de sa longueur...et on en tirera des conclusions pour construire la poutre optimale.
Autres expérimentations
On testera des poutres de section triangulaire et on comparera leur résistance selon que la base du triangle est en haut ou en bas.
On comprendra alors pourquoi la section des flèches de grues est toujours orientée dans le même sens. On ne regardera plus les grues de la même façon !
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