Forces et Propriétés Mécaniques des Matériaux
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Définition et Unité de la Force
Une force est capable de produire une action, de modifier l'état de repos ou de mouvement d'un corps, ou de provoquer des déformations. L'unité de force dans le Système International (SI) est le Newton (N). Pour indiquer comment une force agit sur un corps, on utilise des flèches.
Propriétés Mécaniques Clés des Matériaux
Les propriétés mécaniques sont celles qui déterminent le comportement des matériaux sous l'action de forces. Les principales propriétés sont : la résistance, la dureté, l'élasticité, la plasticité, la ténacité, la ductilité et la malléabilité.
Résistance des Matériaux
La résistance est la capacité d'un matériau à supporter des forces sans se déformer excessivement ou se rompre.
Ténacité et Fragilité
La ténacité est la propriété que possèdent certains matériaux de résister à des forces répétées sans se rompre. La ténacité est l'opposé de la fragilité. Si un matériau, tel que le verre, se brise facilement sous un choc ou en tentant de le plier, c'est un matériau fragile.
Élasticité et Limite d'Élasticité
L'élasticité est la propriété d'un matériau à reprendre sa forme initiale après avoir été déformé par une force. Cependant, il existe une limite de force, appelée limite d'élasticité, au-delà de laquelle la déformation du matériau devient permanente et peut même entraîner sa rupture.
Plasticité des Matériaux
La plasticité est la capacité d'un matériau solide à subir une déformation permanente sans se rompre.
Ductilité
La ductilité est la propriété de certains matériaux à se déformer de manière permanente pour former un fil mince sans se rompre.
Malléabilité
La malléabilité est la propriété de certains matériaux à se déformer de manière permanente pour former des feuilles minces sans se rompre.
Dureté
La dureté est la propriété d'un matériau à résister à la pénétration ou à l'abrasion (être rayé).
Les Efforts (Contraintes) Appliqués aux Corps
Facteurs de Résistance aux Efforts
Lorsque l'on applique une force à un corps, on dit que ce corps est soumis à un effort (ou contrainte). La résistance d'un objet à un effort dépend de trois facteurs principaux : sa taille, sa forme et le type d'effort.
Les Cinq Types d'Efforts Mécaniques
Il existe cinq types d'efforts principaux :
- Effort de Traction
- Effort de Compression
- Flambage
- Contrainte de Flexion
- Effort de Torsion
- Effort de Cisaillement
Effort de Traction
L'effort de traction se produit lorsque deux forces opposées agissent sur un corps, tendant à l'étirer ou à l'allonger. Les matériaux soumis à la traction doivent être flexibles, mais pas excessivement élastiques.
Effort de Compression
L'effort de compression se produit lorsque des forces agissent sur un objet dans la même direction mais de manière opposée, tendant à l'écraser ou à le raccourcir. Pour supporter un effort de compression, le corps doit être rigide et, de préférence, ni trop large ni trop long.
Flambage: Déformation sous Compression
Le flambage est la déformation que subissent les corps soumis à la compression lorsqu'ils sont longs et minces.
Contrainte de Flexion
La contrainte de flexion se produit lorsque des forces agissent sur une pièce perpendiculairement à son axe longitudinal, tendant à la plier. Si le corps se courbe, les forces agissent différemment.
Effort de Torsion (Couple)
L'effort de torsion (ou couple de torsion) est l'effet de l'action de forces qui font tourner un corps autour de son axe longitudinal. Plus le corps est épais, plus il est résistant à la torsion.
Effort de Cisaillement
L'effort de cisaillement (ou contrainte de cisaillement) est l'action de deux forces opposées agissant sur la même partie d'un élément. Si ces forces sont suffisamment grandes et qu'elles dépassent la résistance offerte par le matériau, le résultat est la coupe.