LES PROPRIETES DES MATERIAUX

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1 Fiche Activité 2 6 ème Les Matériaux LES PROPRIETES DES MATERIAUX RDL 67 CAPACITES (Ce que je saurai faire à la fin de la séance) : NIVEAU D ACQUISITION : - Mettre en évidence à l aide d un protocole expérimental quelques propriétés de matériaux. 1 - Classer les matériaux par rapport à l une de leurs caractéristiques. 1 - Mettre en relation le choix d un matériau pour un usage donné, son coût et sa capacité de valorisation. 1 Lorsque l on doit choisir un matériau pour fabriquer une des pièces (le cadre par exemple) d un objet technique (vélo), il faut savoir que tout choix technique est un compromis car il n existe aucun matériau, ni aucune solution parfaite. Cependant, afin d optimiser ce choix il faut avant tout connaître les principales propriétés de ces matériaux. I. PROPRIETES PHYSIQUES ET CHIMIQUES : 6 ème 1. CONDUCTIBILITE ELECTRIQUE D UN MATERIAU : Pour tester la conductibilité d un matériau il faut vérifier sa continuité (le courant passe) ou sa discontinuité électrique (le courant ne passe pas), on utilise un appareil de contrôle appelé multimètre numérique positionné en ohmmètre ( ) ou en testeur de continuité (bip). Dans cette position, en mettant en contact les 2 fiches à chaque extrémité des échantillons, on regarde si l appareil affiche «0» ( résistance nulle = continuité = matériau conducteur) sinon il affiche «1» ou fait un «bip» (résistance infinie = discontinuité=matériau isolant). Expérimentation : (Lot d échantillons N 1 : Bois, verre, acier, aluminium, polystyrène, PVC, cuivre, caoutchouc, fibre de carbone) a- Regardez la démonstration et écouter les explications du professeur b- Mettez le multimètre en position Ohmmètre ( ), ou testeur de continuité (bip) c- Testez les différents échantillons mis à disposition et remplir le tableau ci-contre : N Echantillon A B C D E F G H I j Désignation du matériau Conductibilité électrique O/N 1.1 Testez également sur le vélo les pièces suivantes et entourez celles qui sont conductrices: - Le câble du frein du vélo Le cadre du vélo - Le carénage de la trottinette La roue du roller - Le pneu - La selle du vélo 1.2 Qu en déduit-on? Parmi les matériaux testés : Quels sont ceux qui sont isolants ou conducteurs : Les métaux sont conducteurs sont isolants Les matières plastiques sont conductrices sont isolantes Les matériaux composites (époxy, fibres, ) sont conducteurs sont isolants Les bois sont conducteurs sont isolants 1.3 D après ce que l on vient de découvrir, et à l aide des fiches ressources, va-t-on réaliser les fils de connexion de la batterie au moteur de la trottinette en cuivre ou en plastique?. Pourquoi?..... TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 1 sur 6

2 2. MASSE VOLUMIQUE D UN MATERIAU : La masse volumique c est la quantité de matière par unité de volume. C est à dire que pour des échantillons de matériaux de volumes (dimensions) identiques leurs masses sont différentes. Expérimentation 1 : (lot d échantillons N 2) Prenez les 3 échantillons (Bois=A, PVC=B? Polystyrène=C) a- Pesez les trois échantillons mis à disposition et les classer de 1 (pour le plus léger) à 3 (pour le plus lourd), dans le tableau en inscrivant leur nom et leur masse. b- Calculez leur volume avec la formule Longueur x Largeur x Hauteur et remplir le tableau, ainsi que leur masse volumique. Exemple de calculs : Volume : L=12 cm ; l=3 cm ; h=0.2 cm soit 12*3*0.2= 7.2 cm³ Masse en grammes : grammes Donc la masse volumiques en gr /cm³ : 56.6/7.2 = 7.86 gr /cm³ Classement Lettre Masse en gr Nom du Matériau Dimensions L x l x h = en cm 1 x x 2 x x 3 x x Expérimentation 2 : (lot d échantillons N 3) Volume en cm 3 Masse volumique gr /cm³ Vous avez à disposition 5 échantillons : Ces échantillons sont ils composés des mêmes matériaux? Oui Non Ont-ils le même volume? Oui Non Mesurez leurs masses et inscrivez-les sur le schéma ci contre Ont-ils la même masse (à 2 gr près)? Oui Non Expérimentation 3 : (lot d échantillons N 4) Vous avez 5 échantillons à disposition, les mêmes matériaux que le lot d échantillons 3. Ont-ils le même volume? Oui Non Mesurez leurs masses et inscrivez les sur le schéma ci contre en les classant du + lourd (1) au + léger (5) Reportez leurs masses volumiques (voir document de l expérimentation N 2) Observez les et retrouvez leur matière respective. Lettre Masse en gr Masse volumique On en déduit que plus la masse volumique est faible plus le matériau est : Lourd TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 2 sur 6 Matériau Léger En quelle matière peut on envisager de fabriquer des éléments pour l aviation? Pourquoi?. En effet, les matériaux dont la masse volumique est importante sont utilisés à la fabrication de contre poids, de volants d inertie, Par contre ceux dont la masse volumique est faible sont utilisés dans l aéronautique, dans la construction des vélos de compétition,

3 3. DURETE D UN MATERIAU : La dureté d un matériau se mesure en évaluant la résistance de celui-ci au marquage (empreintes, rayures ). Dans l industrie on effectue des tests à l aide d une machine qui mesure la pénétration d une bille calibrée, sous un effort donné. Expérimentation 1 : Rayure avec une pointe à tracer (lot d échantillons N 5) a- Prenez la pointe à tracer et réalisez une rayure de 2 cm de longueur avec la règle en métal sur les trois échantillons mis à disposition, avec la même force. b- Répondez aux questions suivantes en observant les échantillons attentivement : Trouvez le nom de ces 3 matériaux? A : - B : - C : Classez les 3 échantillons, du matériau le plus tendre au matériau le plus dur (testez les en passant votre ongle sur les rayures): Expérimentation 2 : Marquage avec un pointeau A l aide du montage de test, réalisez les comparaisons de dureté sur le lot d échantillons N 5. Retourner l appareil et bloquer avec la tige verte Placer le pointeau de l appareil sur la matière à tester Retirer la tige, la bille percute le pointeau qui va frapper la matière testée. Mesurez les impacts sur chaque matériau (à l œil, avec un réglet ou avec un compte fil) Les empreintes sont elles toutes identiques? Oui Non Retrouve t-on les conclusions de l expérimentation N 1? Oui Non Est-ce vrai de dire que le patin de frein est dans un matériau plus tendre que la jante du vélo? : A votre avis, en quoi est il fait?. Pour éviter qu il ne s use trop vite, pourrait-on alors le remplacer par un patin en acier? Expliquez. TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 3 sur 6

4 4. CORROSION D UN MATERIAU : La corrosion désigne l altération d un objet par son environnement. Par exemple, l oxygène de l air se fixe sur les métaux et provoque sur certains d entre eux une réaction chimique qui se manifeste par la formation d oxyde. - L oxydation du fer, et donc des aciers, produit la rouille par contact avec l oxygène et l eau. C est donc l air et l eau qui sont responsables de la rouille. - De même, les coupoles en cuivre de certaines églises (matière initialement de couleur orange), deviennent vertes. On appelle cette corrosion, le vert de gris. - L aluminium résiste mieux mais est sensible au sel. Une couche blanchâtre le recouvre alors. D après vous, les matériaux suivants sont ils facilement oxydables? Les métaux oui non Les matières plastiques oui non Le matériau composite (fibre de carbone) oui non Le bois oui non Vérifiez en comparant les lots d échantillons N 5 : les anciens et les récents ou protégés par un vernis. Quels sont les éléments du vélo qui risquent d être rapidement soumis à la corrosion? Que peut on faire pour ralentir la corrosion? Regarder sur la chaîne, sur le cadre du vélo, 5. CONDUCTIBILITE THERMIQUE D UN MATERIAU : C est la faculté d un matériau de conduire de la chaleur d une extrémité chauffée à une autre extrémité non chauffée, en un temps donné. Un mauvais conducteur thermique est appelé isolant thermique. Donnez un exemple ou l on choisira un matériau parce qu il conduit bien la chaleur? Donnez un exemple ou l on choisira un matériau parce qu il conduit très difficilement la chaleur? Après lecture de la fiche connaissance sur les caractéristiques des matériaux, classer les 3 matériaux suivants du meilleur conducteur de chaleur au moins bon : Fer, Bois, Aluminium Qui du pneu du vélo et de la jante vous semble le plus important conducteur thermique? Comment pourriez vous le montrer avec un fer à souder ou avec un pistolet à air chaud? TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 4 sur 6

5 LE FORMAGE LE DECOUPAGE L USINAGE Matières Plastiques Métaux II. PROPRIETES MECANIQUES : USINAGE : On appelle USINAGE, l aptitude d un matériau au façonnage par enlèvement de matière avec formation de copeaux. DECOUPAGE : On appelle DECOUPAGE, l aptitude d un matériau au façonnage par enlèvement de matière sans formation de copeaux. FORMAGE : On appelle FORMAGE, L aptitude d un matériau à subir des déformations à chaud ou à froid par choc ou par pression, sans enlèvement de enlèvement de matière. 1 Exercice : Regardez la démonstration du professeur sur les différentes opérations indiquées dans le tableau ci-dessous. 2 Remplissez le tableau en indiquant le nom des machines, des outils et précisez si ces machines permettent facilement, difficilement ou pas ces opérations sur des pièces en métal ou en plastique. Matériaux Opération Machine Outil Pièce obtenue Perçage Cisaillage Poinçonnage. Thermopliage TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 5 sur 6

6 3. Nous avons le choix entre l acier et le plastique pour réaliser le carénage de la trottinette. Donnez les avantages et les inconvénients de chacun, d un point de vue «caractéristiques mécaniques», mais également d un point de vue «fabrication». Avantages de l acier pour cette fabrication : Avantages du plastique pour cette fabrication : Inconvénients de l acier pour cette fabrication : Inconvénients du plastique pour cette fabrication : Le compromis que je ferais : Je choisirais le Car Bonus : Rédigez, pour chacune des opérations vues précédemment en indiquant : le nom de l opération, de la machine et de l outil, le processus (chronologie des opérations) de fabrication, la sécurité à respecter et enfin la différence entre chacune de ces opérations. TP_caractéristiques_matériaux_M.doc 05/11/2011 Page 6 sur 6