UT 41 1/2 41 Les contraintes Manuel, p 472 à 474 a) Une contrainte correspond à la tendance d un matériau à se déformer lorsqu il est soumis à une ou à plusieurs forces externes b) Les cinq principaux types de contraintes sont la traction, la compression, la torsion, la flexion et le cisaillement c) Lorsque les contraintes disparaissent et que l objet reste déformé, on parle de déformation plastique d) Lorsque les contraintes disparaissent et que l objet peut reprendre sa forme initiale, on parle de déformation élastique e) Une contrainte en torsion apparaît dans un matériau soumis à deux forces qui produisent des mouvements de rotation de sens opposés f) Le seuil limite de contrainte au-delà duquel un matériau peut être endommagé se nomme «seuil de résistance» 2 Les jardiniers utilisent des sécateurs pour tailler les branches de leurs arbustes Quel type de contrainte appliquent-ils sur les branches? La contrainte appliquée sur les branches est une contrainte en cisaillement 3 Certains dynamomètres possèdent des ressorts auxquels il est possible de suspendre des masses Quel est, dans ce cas, le type de contrainte imposé par les masses suspendues? Il s agit d une contrainte en traction 4 À la suite d un accident, la carrosserie d une voiture s est abîmée S agit-il d une déformation élastique ou plastique? Justifiez votre réponse Il s agit d une déformation plastique, car la forme finale de la carrosserie est différente de celle qu elle avait avant l accident 5 Lors des exercices, la toile d un trampoline se déforme sous le poids de l athlète S agit-il d une déformation élastique ou plastique? Justifiez votre réponse Il s agit d une déformation élastique, car la toile retrouve sa forme initiale après chaque choc 6 Quel type de contrainte doit-on appliquer à un arc pour le bander? Pour bander un arc, on y applique une contrainte en flexion 6 Synergie Univers technologique Concept 41 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc NOM : C O R R I G ÉGROUPE : DA TE : UT 41 2/2 6 Le laminage est un procédé technologique qui sert à réduire l épaisseur de certains matériaux comme les métaux Pour ce faire, le métal passe entre deux cylindres qui tournent dans des sens opposés, comme le montre la figure 1 Figure 1 La schématisation du procédé de laminage des métaux a) Quel est le type de contrainte appliqué au matériau? C est une contrainte en compression b) La déformation est-elle plastique ou élastique? Justifiez votre réponse La déformation est plastique, car les formes finale et initiale du métal ne sont pas identiques Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie Univers technologique Concept 41 7 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie UT S4 Corrigé C3
UT 42 1/1 42 Les propriétés mécaniques des matériaux Manuel, p 475 et 476 a) Les propriétés mécaniques des matériaux indiquent comment les matériaux se comportent en présence de contraintes b) La dureté est la capacité d un matériau de résister à la pénétration d un autre matériau c) Un matériau élastique est capable de se déformer puis de retrouver sa forme initiale d) Certains matériaux organiques comme le bois de chêne se caractérisent par une bonne résistance à la flexion e) La résilience est la capacité qu a un matériau de résister aux chocs f) Un matériau qui se rompt est dit fragile, tandis qu un matériau qui tend à se déformer de façon permanente est qualifié de ductile 2 Quelle propriété de l aluminium (Al) permet son utilisation sous forme de feuilles? C est la malléabilité de l aluminium (Al) qui permet sa transformation en feuilles 3 La fonte est un alliage de fer (Fe) qui contient une grande concentration de carbone (C) Les ustensiles fabriqués à l aide de ce matériau ont la particularité de se casser assez facilement Quelle propriété caractérise cet alliage? La propriété qui caractérise la fonte est la fragilité 4 Dans son bulletin d information technique publié en février 2000, Transports Québec dresse la liste des valeurs de la résilience à 20 C des aciers de quelques ponts du Québec Les valeurs de la résilience (à 20 C) des aciers des ponts de quelques municipalités du Québec Municipalité Année de construction Résilience à 20 C (J) Richmond 1902 3 Repentigny 1938 7 Louiseville 1940 5 Beloeil 1942 4 Rosemère 1945 3 Roberval 1960 2 Quel pont présente : la plus grande résilience à 20 C? la plus faible résilience à 20 C? Le pont de Repentigny présente la plus grande résilience (7 j) Le pont de Roberval présente la plus faible résilience (2 J) Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 17 UT 43 1/1 43 Les types de matériaux et leurs propriétés Manuel, p 477 à 484 a) Le fer (Fe), la fonte, l acier inoxydable, l acier rapide, l acier doux et le fer blanc font partie de la catégorie du fer et des alliages ferreux b) L aluminium (Al), le cuivre (Cu), le titane (Ti), le zinc (Zn), le magnésium (Mg), le chrome (Cr), le nickel (Ni), le plomb (Pb), le tungstène (W), le laiton et le bronze appartiennent à la catégorie des métaux et des alliages non ferreux c) Le bois, le papier, le cuir et le coton sont des matériaux organiques d) Les matières plastiques peuvent être regroupées en trois catégories : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères e) Le verre, la porcelaine et la brique appartiennent à la catégorie des céramiques f) Les matériaux composites sont produits en combinant au moins deux matériaux différents afin d obtenir un troisième matériau possédant de nouvelles et meilleures propriétés mécaniques 2 Remplissez le tableau suivant en nommant les matériaux les plus utilisés dans la fabrication des objets manufacturés énumérés Les objets manufacturés et leurs matériaux correspondants Objets Matériaux Vêtements Outils Isolants électriques Couverts utilisés dans la restauration rapide Tuyauterie de cuisines et de salles de bain CD et DVD 3 Le ciment ne sèche pas : vrai ou faux? Vrai Le ciment ne sèche pas, mais il réagit avec l eau pour former une céramique d une grande dureté 4 Quelle est la différence entre les fibres textiles en nylon et celles en soie? Le nylon est le nom sous lequel on connaît le polyamide (PA), qui n est rien d autre qu une matière plastique faisant partie du sous-groupe des thermoplastiques La soie, quant à elle, est une fibre organique produite par les vers à soie 18 Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Matériaux organiques, matières plastiques Métaux, matériaux organiques, matières plastiques Céramiques, matériaux organiques, matières plastiques Matières plastiques Métaux, matières plastiques Matières plastiques (polycarbonate [PC]) C6 Synergie UT S4 Corrigé Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc
UT 42 1/1 42 Les propriétés mécaniques des matériaux Manuel, p 475 et 476 a) Les propriétés mécaniques des matériaux indiquent comment les matériaux se comportent en présence de contraintes b) La dureté est la capacité d un matériau de résister à la pénétration d un autre matériau c) Un matériau élastique est capable de se déformer puis de retrouver sa forme initiale d) Certains matériaux organiques comme le bois de chêne se caractérisent par une bonne résistance à la flexion e) La résilience est la capacité qu a un matériau de résister aux chocs f) Un matériau qui se rompt est dit fragile, tandis qu un matériau qui tend à se déformer de façon permanente est qualifié de ductile 2 Quelle propriété de l aluminium (Al) permet son utilisation sous forme de feuilles? C est la malléabilité de l aluminium (Al) qui permet sa transformation en feuilles 3 La fonte est un alliage de fer (Fe) qui contient une grande concentration de carbone (C) Les ustensiles fabriqués à l aide de ce matériau ont la particularité de se casser assez facilement Quelle propriété caractérise cet alliage? La propriété qui caractérise la fonte est la fragilité 4 Dans son bulletin d information technique publié en février 2000, Transports Québec dresse la liste des valeurs de la résilience à 20 C des aciers de quelques ponts du Québec Les valeurs de la résilience (à 20 C) des aciers des ponts de quelques municipalités du Québec Municipalité Année de construction Résilience à 20 C (J) Richmond 1902 3 Repentigny 1938 7 Louiseville 1940 5 Beloeil 1942 4 Rosemère 1945 3 Roberval 1960 2 Quel pont présente : la plus grande résilience à 20 C? la plus faible résilience à 20 C? Le pont de Repentigny présente la plus grande résilience (7 j) Le pont de Roberval présente la plus faible résilience (2 J) Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 17 UT 43 1/1 43 Les types de matériaux et leurs propriétés Manuel, p 477 à 484 a) Le fer (Fe), la fonte, l acier inoxydable, l acier rapide, l acier doux et le fer blanc font partie de la catégorie du fer et des alliages ferreux b) L aluminium (Al), le cuivre (Cu), le titane (Ti), le zinc (Zn), le magnésium (Mg), le chrome (Cr), le nickel (Ni), le plomb (Pb), le tungstène (W), le laiton et le bronze appartiennent à la catégorie des métaux et des alliages non ferreux c) Le bois, le papier, le cuir et le coton sont des matériaux organiques d) Les matières plastiques peuvent être regroupées en trois catégories : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères e) Le verre, la porcelaine et la brique appartiennent à la catégorie des céramiques f) Les matériaux composites sont produits en combinant au moins deux matériaux différents afin d obtenir un troisième matériau possédant de nouvelles et meilleures propriétés mécaniques 2 Remplissez le tableau suivant en nommant les matériaux les plus utilisés dans la fabrication des objets manufacturés énumérés Les objets manufacturés et leurs matériaux correspondants Objets Matériaux Vêtements Outils Isolants électriques Couverts utilisés dans la restauration rapide Tuyauterie de cuisines et de salles de bain CD et DVD 3 Le ciment ne sèche pas : vrai ou faux? Vrai Le ciment ne sèche pas, mais il réagit avec l eau pour former une céramique d une grande dureté 4 Quelle est la différence entre les fibres textiles en nylon et celles en soie? Le nylon est le nom sous lequel on connaît le polyamide (PA), qui n est rien d autre qu une matière plastique faisant partie du sous-groupe des thermoplastiques La soie, quant à elle, est une fibre organique produite par les vers à soie 18 Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Matériaux organiques, matières plastiques Métaux, matériaux organiques, matières plastiques Céramiques, matériaux organiques, matières plastiques Matières plastiques Métaux, matières plastiques Matières plastiques (polycarbonate [PC]) C6 Synergie UT S4 Corrigé Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc
UT 44 1/1 44 La modification des propriétés des matériaux Manuel, p 485 et 486 a) La dégradation des matériaux est un processus qui entraîne la modification de leurs propriétés par leur environnement b) Le bois peut être protégé à l aide de la peinture, d un traitement thermique ou d un traitement chimique sous pression c) C est la réaction chimique d oxydation qui est à l origine de la corrosion des métaux d) Si elles sont soumises à l action d acides ou de bases fortes, les céramiques peuvent se dégrader e) Les matières plastiques peuvent se dégrader sous l effet du rayonnement ultraviolet ou en perdant leurs additifs chimiques 2 Qu est-ce qui cause la dégradation du bois non traité? Le bois, un matériau organique, peut être dégradé par des organismes vivants comme les insectes (termites, fourmis charpentières, etc), les champignons ou certains microorganismes Il peut aussi être sujet à des détériorations causées par des taux d humidité élevés qui modifient fortement ses propriétés mécaniques 3 Pourquoi est-il recommandé de vaporiser le mobilier de jardin en métal d un produit protecteur avant de le remiser pour l hiver? Le produit forme un mince film protecteur qui empêche l oxygène d être en contact direct avec le métal, prévenant ainsi l oxydation du métal 4 L armature métallique rouillée de certains vieux ponts en béton armé est nettement visible Quelle est la cause de ce phénomène? Une des causes peut être l effet du gel et du dégel Les fissures, microscopiques au début, deviennent de plus en plus grandes avec le temps La dégradation s amplifie jusqu à la rupture du béton, ce qui laisse entrevoir les tiges d acier qui s oxydent ensuite 5 Comment protège-t-on les matières plastiques des effets néfastes du rayonnement ultraviolet (UV)? On protège les matières plastiques à l aide de pigments de couleur qui bloquent ou absorbent le rayonnement ultraviolet (UV) Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 19 UT 45 1/1 45 Les traitements thermiques STE ATS Manuel, p 487 a) Le traitement thermique des alliages est un procédé au cours duquel on fait varier la température de ces matériaux pour leur donner des propriétés mécaniques nouvelles b) Les trois principaux traitements thermiques des alliages sont la trempe, le revenu et le recuit c) La trempe consiste à refroidir très rapidement un alliage porté à de hautes températures d) Le revenu est un traitement thermique qui se caractérise par une température maximale plus basse que celle de la trempe e) Le recuit est un traitement thermique qui est réalisé après le revenu et la trempe 2 Dans quels buts soumet-on les alliages à un recuit? Le recuit a pour buts de diminuer la dureté, d effacer les traces des contraintes générées lors de la fabrication ou de la mise en forme et de supprimer les effets des trempes antérieures 3 Observez la figure 1 : elle montre un exemple de cycle de traitement thermique d alliages métalliques 20 Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc A B Température ( C) Temps (min) Figure 1 Un exemple de cycle de traitement thermique d alliages métalliques Répondez aux questions suivantes a) À quels traitements thermiques réfèrent les lettres A et B? La lettre A correspond à la trempe, alors que la lettre B est relative au revenu b) Par quoi se caractérise la trempe? La trempe se caractérise par une haute température et une très grande vitesse de refroidissement c) Quel traitement se fait sur une plus longue durée? La durée du revenu est plus longue que celle de la trempe Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie UT S4 Corrigé C7
UT 44 1/1 44 La modification des propriétés des matériaux Manuel, p 485 et 486 a) La dégradation des matériaux est un processus qui entraîne la modification de leurs propriétés par leur environnement b) Le bois peut être protégé à l aide de la peinture, d un traitement thermique ou d un traitement chimique sous pression c) C est la réaction chimique d oxydation qui est à l origine de la corrosion des métaux d) Si elles sont soumises à l action d acides ou de bases fortes, les céramiques peuvent se dégrader e) Les matières plastiques peuvent se dégrader sous l effet du rayonnement ultraviolet ou en perdant leurs additifs chimiques 2 Qu est-ce qui cause la dégradation du bois non traité? Le bois, un matériau organique, peut être dégradé par des organismes vivants comme les insectes (termites, fourmis charpentières, etc), les champignons ou certains microorganismes Il peut aussi être sujet à des détériorations causées par des taux d humidité élevés qui modifient fortement ses propriétés mécaniques 3 Pourquoi est-il recommandé de vaporiser le mobilier de jardin en métal d un produit protecteur avant de le remiser pour l hiver? Le produit forme un mince film protecteur qui empêche l oxygène d être en contact direct avec le métal, prévenant ainsi l oxydation du métal 4 L armature métallique rouillée de certains vieux ponts en béton armé est nettement visible Quelle est la cause de ce phénomène? Une des causes peut être l effet du gel et du dégel Les fissures, microscopiques au début, deviennent de plus en plus grandes avec le temps La dégradation s amplifie jusqu à la rupture du béton, ce qui laisse entrevoir les tiges d acier qui s oxydent ensuite 5 Comment protège-t-on les matières plastiques des effets néfastes du rayonnement ultraviolet (UV)? On protège les matières plastiques à l aide de pigments de couleur qui bloquent ou absorbent le rayonnement ultraviolet (UV) Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 19 UT 45 1/1 45 Les traitements thermiques STE ATS Manuel, p 487 a) Le traitement thermique des alliages est un procédé au cours duquel on fait varier la température de ces matériaux pour leur donner des propriétés mécaniques nouvelles b) Les trois principaux traitements thermiques des alliages sont la trempe, le revenu et le recuit c) La trempe consiste à refroidir très rapidement un alliage porté à de hautes températures d) Le revenu est un traitement thermique qui se caractérise par une température maximale plus basse que celle de la trempe e) Le recuit est un traitement thermique qui est réalisé après le revenu et la trempe 2 Dans quels buts soumet-on les alliages à un recuit? Le recuit a pour buts de diminuer la dureté, d effacer les traces des contraintes générées lors de la fabrication ou de la mise en forme et de supprimer les effets des trempes antérieures 3 Observez la figure 1 : elle montre un exemple de cycle de traitement thermique d alliages métalliques 20 Synergie Univers technologique Concepts 42 à 45 Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc A B Température ( C) Temps (min) Figure 1 Un exemple de cycle de traitement thermique d alliages métalliques Répondez aux questions suivantes a) À quels traitements thermiques réfèrent les lettres A et B? La lettre A correspond à la trempe, alors que la lettre B est relative au revenu b) Par quoi se caractérise la trempe? La trempe se caractérise par une haute température et une très grande vitesse de refroidissement c) Quel traitement se fait sur une plus longue durée? La durée du revenu est plus longue que celle de la trempe Reproduction autorisée Les Éditions de la Chenelière inc Synergie UT S4 Corrigé C7