L'élasticité d'un matériau peut être expliquée en étudiant ce matériau à l'échelle moléculaire. En effet, sa forme dépend des interactions entre les différentes molécules qui le constituent. La distance entre les molécules dans un matériau non soumis à une force est fonction de l'équilibre entre les forces intermoléculaires d'attraction et de répulsion. Lorsqu'une force extérieure est appliquée, les distances intermoléculaires varient et le matériau se déforme. En dessous de la limite d'élasticité du matériau, lorsque la force appliquée est supprimée, les molécules retournent à leur position d'équilibre : le matériau élastique retrouve sa forme originale. Au-delà de la limite d'élasticité, la force appliquée sépare les molécules qui ne peuvent plus revenir à leur position d'origine : le matériau est alors définitivement déformé et peut même subir une rupture. La limite d’élasticité franchie, la force provoque un glissement des cristaux au sein du métal, qui correspondent à des altérations irréversibles, si la force cesse, une déformation permanente subsiste.
Pour l’expérimentation nous avons fait un montage avec un support de Hooke, une règle accrochée sur celle-ci et un ressort. Sur le ressort nous avons accroché des masses variant de 0,1 à 0,5 kg. Le but est donc de voir, selon la masse accrochée, la déformation longitudinale du ressort que l’on peut observer avec la règle. Grâce à la masse nous pouvons trouver la force exercée grâce à la formule F=mg. F représentant le force en newtons, m la masse en kilogrammes et g la constante d’accélération gravitationnelle, qui est environ 9,8 m/s2. Les variables observées seront donc la Force (newtons), les masses (kg) et l’étirement (mm).
Pour l’analyse de nos résultats implique l’utilisation des tableaux aussi celle d’un graphique. Les tableaux seront ceux utilisé durant l’expérimentation pour compiler les données expérimentales. Le graphique est celui de l’élongation en fonction de la force appliquée. Nous prévoyons une courbe droite et passant par l’origine. En effet, Hooke a mentionné que ce rapport était proportionnel, donc elle devrait être droite.
Instrumentation et manipulations
Matériel
- Un jeu de masses à suspendre contenant des masses pouvant totaliser des masses de 0,02 kg, 0,05 kg, 0,1 kg, 0,2 kg, 0,4 kg et 0,5 kg.
- Un ressort en spirale d’une longueur de 5 cm
- Un support de Hooke
- Un crochet horizontal fixé au support de Hooke
- Une règle graduée en mm fixée au support de Hooke
Protocole
- Fixer le crochet dans le haut du support de Hooke. Accrocher le ressort à ce crochet. S’assurer que l’extrémité inférieure du ressort soit à la même hauteur que le point zéro de la règle.
- Préparer un tableau de trois colonnes comprenant une pour les différentes masses, une pour la force et pour la déformation (voir Observations, calculs et résultats).
- Suspendre une masse de 0,1 kg au ressort et abaisser doucement jusqu’à ce que le ressort la supporte. Noter la déformation dans l’espace du tableau prévu à cet effet.
- Refaire la même chose avec les masses 0,15 kg; 0,2 kg; 0,25 kg; 0,3 kg; 0,35 kg; 0,4 kg; 0,45 kg et 0,5 kg.
Travail présenté à
M. Stéphane Juteau
Dans le cadre du cours de
Physique 534
Rapport sur la déformation en fonction de la force
Par
Gabriel Brice 522
Quoc Thong Nguyen 522
École Sophie-Barat
Mercredi le 19 novembre 2003
Médiagraphie
Encyclopédie Encarta 1998
arnaud.frachon.free.fr/aadocmaitre/node53.html
fr.encyclopedia.yahoo.com/articles/na/na_2174_p0.html
www.clevislauzon.qc.ca/professeurs/mathematiques/ dossa/DOSSIERS%5CHOOKE.PDF
www.emse.fr/DF/1A/polephys/ mecaniquemilieuxcontinus.htm
