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Mac-Leod |
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[JE ME CULTIVE] Pourquoi un élastique s'étire ?
Qu'est-ce qu'un élastique ? C'est un matériau qui peut s'étirer et se déformer sans se rompre et qui reprend sa forme initiale lorsqu'on le relâche. Les élastiques sont généralement en caoutchouc, soit naturel (issu de la sève de l'hévéa), soit synthétique (dérivé du pétrole).
Une molécule dépliable
Un élastique classique peut s'allonger d'environ 300% (3 fois sa longueur au repos). Mais il a quand même une limite : si on la dépasse, les molécules se détachent et l'élastique se casse.
Le caoutchouc est un polymère. Ces matériaux sont formés de petites molécules attachées les unes aux autres pour former un longue chaîne flexible, appelée macromolécule. Ces longs fils de molécules s'enchevêtrent comme une pelote de laine. En tirant sur l'élastique, on "déroule" la pelote qui s'allonge pendant que l'élastique s'amincit. Lorsqu'on relâche l'élastique, la chaîne s'enroule à nouveau et il reprend sa taille initiale. Mais pas complètement : un "effet mémoire" détend au fur et à mesure l'élastique. De quoi vous passer l'envie de faire du saut à l'élastique…
Tout est étirable !
Tous les solides sont en fait élastiques, même votre table ou votre carrelage ! Quand vous vous asseyez sur la chaise, elle est déformée même si vous ne le voyez pas. Mais leur limite d'élasticité n'est évidemment pas la même. C'est la longueur moyenne de la chaîne moléculaire qui va définir la dureté et l'élasticité du matériau. Les petites molécules, qui forment des cristaux liquides, ne peuvent pas être déformées de plus que quelques pourcents. Les métaux ne s'étirent que de 10% en moyenne, et le plastique dur de 10 à 20%. Certains caoutchoucs peuvent s'allonger jusqu'à 500% et dans certains cas, jusqu'à 1000 % (10 fois leur longueur initiale) ! On parle alors d'hyperélasticité
Le module d'Young
Une autre façon de comparer la capacité de déformation des matériaux est le module d'Young. Ce chiffre est, tiré de la loi de Hooke qui dit que la déformation est proportionnelle à la contrainte. La contrainte est la force avec laquelle on tire sur l'élastique, et la déformation est l'allongement relatif de ce dernier. Si par exemple un élastique de 30 cm s'allonge de 60 cm la déformation est de 60/30=2. Le module d'Young s'exprime donc comme une force divisée par une surface, c'est-à-dire une pression (mesurée en Pascals).
Valeur du module d'Young pour quelques matériaux (en giga Pascals)
Diamant 1000
Acier 210
Or 78
Verre 69
Béton 27
Bois (en moyenne) 10
Cheveu 10
Polystyrène 3,4
Nylon 2 à 4
Caoutchouc 0,7 à 4
Un grand module d'Young signifie qu'il faut exercer une forte contrainte pour avoir une petite déformation. Par exemple il faut beaucoup tirer pour allonger une tige de fer. En revanche, une faible valeur du module d'Young signifie qu'il ne faut pas exercer une grande force pour avoir un grand allongement ; c'est le cas d'un élastique.
L'élasticité dépend aussi de la température. Les plastiques durs se durcissent généralement à température ambiante. Au contraire, le caoutchouc ne va durcir qu'à une température moyenne de -60°C. Si on plonge un élastique dans de l'azote liquide à -190°C, on pourra le casser en tapant dessus avec un marteau !
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12-04-2006 20:39
