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les caractéristiques physiques d'un matériau

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Objectif
Quelles sont les caractéristiques d’un matériau pour une solution technique donnée ?

Le choix d’un matériau dépend des exigences attendues lors de son utilisation.
Les exigences sont des critères de performances que doit respecter le matériau pour répondre à une fonction donnée. Ces critères peuvent être déterminés en réalisant des tests : dureté, densité, élasticité, etc.



1. Quelques caractéristiques de matériaux
  Matériau Caractéristiques
Matériaux métalliques Fer   Bonne conductivité thermique et électrique
  Bonne résistance aux chocs
  Matériau oxydable
  Bonne aptitude au façonnage
  Matériau Lourd
 
Aluminium   Bonne conductivité thermique et électrique
  Bonne résistance aux chocs
  Bonne aptitude au façonnage
  Faible masse volumique
 
Acier inoxydable   Bonne conductivité thermique et électrique
  Bonne résistance aux chocs
  Bonne aptitude au façonnage
  Grande masse volumique
 
Matériaux plastiques PVC (Polychlorure de Vinyle)
  Bon isolant électrique
  Résistance aux chocs moyenne
  Très bonne aptitude au façonnage
  Faible masse volumique
 
Polyuréthane   Très bon isolant électrique
  Bonne résistance aux chocs
  Bonne aptitude au façonnage
  Faible masse volumique
 
Matériau type végétal Bois d'érable   Bon isolant électrique
  Bonne résistance aux chocs
  Bonne aptitude au façonnage
 
Matériau type céramique Verre   Bon isolant électrique
  Très fragile
  Matériau transparent
 
Le façonnage, c'est l'action de donner une forme à un matériau en enlevant une partie de la matière qui le compose. On peut usiner un matériau en le coupant, en le perçant, en le déformant, etc.
Grâce au façonnage, on peut fabriquer des pièces qui composent un objet technique.
2. Choix d'un matériau pour une fonction technique
Imaginons, par exemple, que l'on veut fabriquer un skate-board (planche à roulettes).
Il va falloir réfléchir à la fonction technique de chaque pièce qui compose l'objet (à quoi sert cette pièce ?). Ensuite, il faudra imaginer quelle solution technique on peut envisager pour remplir cette fonction. Il faut ensuite déterminer les propriétés que le matériau qu'on va utiliser doit avoir pour remplir sa fonction efficacement. Alors, on pourra choisir le matériau à utiliser.



Fonctions techniques Solutions techniques Propriétés Matériau choisi
Supporter l'utilisateur  Planche  Bonne résistance
 Bonne aptitude au  façonnage
 Bois d'érable
Assurer la liaison entre les roues et la planche  Essieux  Résistant
 Léger
 Aluminium
Assurer une bonne adhérence avec le sol  Roues  Résistant
 Léger
 Bonne adhérence
 Bonne aptitude au façonnage
 Polyuréthane


3. Justifier le choix d'un matériau
Pour justifier le choix d'un matériau, il faut montrer que ses caractéristiques répondent aux critères attendus par la solution technique.

Pourquoi avons-nous choisi le polyuréthane pour fabriquer les roues ? Parce que ce matériau a une bonne adhérence.
L’adhérence est la capacité d’un matériau à maintenir son contact avec le sol par frottement afin d’éviter tout glissement.
Nous allons justifier le choix du polyuréthane pour les roues. Pour cela nous allons réaliser un test d’adhérence.

Expérience
Nous allons prendre deux échantillons de même volume de polyuréthane et de P.V.C que l’on va poser sur une surface inclinée. Le matériau qui glissera le moins sur la surface aura la meilleure adhérence.



Matériau Mesure d'angle où le matériau glisse
P.V.C 40 °
Polyuréthane 50 °

On remarque que le P.V.C glisse si on incline la planche à 40° alors que le polyuréthane ne commence à glisser qu'à partir d'un angle de 50°. Le polyuréthane a donc une meilleure adhérence au sol que le P.V.C. On peut donc justifier le choix de ce matériau pour fabriquer les roues du skate-board.
4. Conclusion
Les matériaux qui ont été choisis répondent aux critères attendus par les solutions techniques. Pour bien choisir un matériau, il faut bien définir les caractéristiques du matériau et vérifier qu’ils sont en accord avec les critères attendus.

On privilégiera l’aluminium pour des solutions techniques qui nécessitent une bonne résistance et une faible masse volumique, le bois pour sa bonne aptitude à l’usinage et le polyuréthane pour son adhérence au sol.
L'essentiel
  • Les matériaux métalliques ont une bonne résistance aux chocs et une bonne conductivité thermique et électrique. Quelques caractéristiques différencient les matériaux métalliques entre eux, le fer est un matériau lourd et oxydable tandis que l’aluminium a une densité très faible.
  • La plupart des matériaux plastiques ont une bonne dureté, une bonne isolation électrique et thermique ainsi qu’une bonne aptitude au façonnage. Le polyuréthane comme le caoutchouc sont utilisés pour la fabrication des roues pour leur bonne adhérence au sol.

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