Poutres en spaghettis : Différence entre versions

 
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|Description=Il s'agit de réaliser des poutres en treillis de spaghettis afin d'en expérimenter la résistance mécanique en les chargeant par un panier de billes.
 
|Description=Il s'agit de réaliser des poutres en treillis de spaghettis afin d'en expérimenter la résistance mécanique en les chargeant par un panier de billes.
 
La poutre est encastrée à une extrémité et chargée à l'autre par un panier de billes.
 
La poutre est encastrée à une extrémité et chargée à l'autre par un panier de billes.
|Disciplines scientifiques=Mechanics, Physics
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{{Introduction
|Introduction=Cette activité de construction a été expérimentée par un groupe de collégiens qui s'étaient vraiment pris au jeu de fabriquer la poutre la plus résistante.
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|Introduction=Il s'agit d'expérimenter sur les structures en treillis. Ces structures ont des propriétés mécaniques remarquables. Elles ont servi à construire la tour Eiffel, le viaduc du garabit ou la statue de la liberté. Plus couremmment, beaucoup de grues sont fabriquées selon ces principes.
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Ce qui est particulièrement démonstratif dans cette expérimentation avec des spaghettis, c'est de partir d'un élément très fragile, de le disposer en treilli et de sentir sous la main l'apparition de propiétés de solidité et de raideur.
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Cette activité de construction a été expérimentée par un groupe de collégiens qui s'étaient vraiment pris au jeu de fabriquer la poutre la plus résistante.
  
 
Voici le livret succinct de l'activité:  https://www.wikidebrouillard.org/images/5/53/Poutres_spaghettis.pdf
 
Voici le livret succinct de l'activité:  https://www.wikidebrouillard.org/images/5/53/Poutres_spaghettis.pdf
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En tout cas, après ces expérimentations, ils ont compris pourquoi les flèches des grues sont toujours orientées de la même façon....
 
En tout cas, après ces expérimentations, ils ont compris pourquoi les flèches des grues sont toujours orientées de la même façon....
 
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|Step_Content=La photo 1 présente le banc de test pour tester la tenue de la poutre à la charge.
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* Un paquet de spaghettis (n°3 de panzani)
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* un pistolet à colle chaude
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* du contreplaqué pour faire les flancs entre lesquels on construit la poutre
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* une scie pour découper le bois
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* une perceuse
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* quelques planches pour fabriquer le support de poutre
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* un sac de billes
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* un petit panier pour mettre les billes en bout de poutre et éprouver sa résistance
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* une balance de ménage pour peser les billes qui ont provoqué la rupture
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* une bouteille de jus de fruit de 2 litres pour tester un spaghetti en traction
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* quelques bouts de contreplaqué et des rondelles de grande taille pour fabriquer un banc de test de spaghettis en compression
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La traction, c'est quand on tire dessus. Un spaghetti résiste bien aux efforts de traction. Il est facile d'expérimenter avec une bouteille d'eau que l'on remplit jusqu'à ce que le spaghetti casse en traction . Il suffit de peser ensuite la charge qui a provoqué le rupture. Notez l'utilisation de deux bouchons qui évitent de casser le spaghetti par cisaillement, bien avant qu'il ne soit cassé par la traction  (photo 2).
  
  
La photo 2 montre le panier de billes tel qu'il a été chargé juste au moment de la rupture. Il suffit de peser le panier pour connaître précisément la charge qui a provoqué la rupture. C'est un critère objectif qui permet de départager les différents participants au concours.
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La compression, c'est quand on applique deux forces aux extrémités, dans l'alignement du spaghetti. Le spaghetti résiste très mal à la compression. On voit très vite apparaître le flambage, puis la rupture. Il est facile de réaliser un banc de test en compression avec une petite balance de cuisine précise au gramme (photo 3). On en tire facilement la loi de rupture en fonction de la longueur.... Très utile pour optimiser la taille des cellules....
  
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Bien que les spaghettis ne soient pas des éléments de construction mécanique, leurs propriétés mécaniques sont assez homogènes....
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La photo 3 montre le matériel nécessaire pour réaliser une poutre:
 
  
- les deux plaques aux extémités
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De même la photo 2 suggère de tracer des repères sur les spaghettis afin de réaliser des cellules de taille contrôlée.
  
- un certain nombre de spaghettis (n°3 de Panzani, par exemple)
 
  
- un pistocolle
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La construction de la poutre demande beaucoup de délicatesse, surtout au début, lors de la fixation des premiers spaghettis.... car un spaghetti solitaire est très fragile ! On peut d'ailleurs s'aider de petits outils de maintien que chacun se développera si besoin...
  
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Ce n'est que lorsque l'on a commencé à poser les croisillons de cellules que commence à ressentir dans sa main la raideur de la construction. C'est une sensation très rassurante !
  
La photo 4 montre le début de la construction de la poutre. Un quadrillage tracé sur les deux plaques d'extrémité peut aider pour obtenir une construction régulière et contrôlée.
 
  
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Sur la photo 3, on est encore à un stade fragile. Les 4 cellules n'ont pas encore de croisillon.... Sur la photo 3, la présence des croisillons a apporté une sensation de raideur et de solidité.
  
De même la photo 5 suggère de tracer des repères sur les spaghettis afin de réaliser des cellules de taille contrôlée.
 
  
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La traction, c'est quand on tire dessus. Un spaghetti résiste bien aux efforts de traction. Il est facile d'expérimenter avec une bouteille d'eau que l'on remplit jusqu'à ce que le spaghetti casse en traction. Il suffit de peser ensuite la charge qui a provoqué le rupture.
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- Où sont-ils situés ?
  
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- Comment varie la résistance au flambage en fonction de la longueur ?
  
La compression, c'est quand on applique deux forces aux extrémités, dans l'alignement du spaghetti. Le spaghetti résiste très mal à la compression. On voit très vite apparaître le flambage, puis la rupture.
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- Faut-il faire varier la longueur des cellules en fonction de leur position ?
  
  
Sur la photo prise juste avant la rupture de la poutre, on voit bien les spaghettis qui travaillent en traction et ceux qui travaillent en compression...
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La photo 2 montre le panier de billes tel qu'il a été chargé juste au moment de la rupture. Il suffit de peser le panier pour connaître précisément la charge qui a provoqué la rupture.
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|Step_Title=pour aller plus loin
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Les paramètres qui influencent la rupture:
  
La traction, c'est quand on tire dessus. Un spaghetti résiste bien aux efforts de traction. Il est facile d'expérimenter avec une bouteille d'eau que l'on remplit jusqu'à ce que le spaghetti casse en traction . Il suffit de peser ensuite la charge qui a provoqué le rupture. Notez l'utilisation de deux bouchons qui évitent de casser le spaghetti par cisaillement (photo 2)
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- la section de la poutre.
  
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-  la longueur des cellules
  
La compression, c'est quand on applique deux forces aux extrémités, dans l'alignement du spaghetti. Le spaghetti résiste très mal à la compression. On voit très vite apparaître le flambage, puis la rupture. Il est facile de réaliser un banc de test en compression avec une petite balance de cuisine précise au gramme (photo 3). On en tire facilement la loi de rupture en fonction de la longueur.... Très utile pour optimiser la taille des cellules....
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- l'orientation de la section ( faut-il 2 spaghettis en bas ou en haut ?)
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|Applications=On ne regardera plus jamais les grues de la même façon !
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- fixer la taille de la section de la poutre
  
Sur la photo prise juste avant la rupture de la poutre, on voit bien les spaghettis qui travaillent en traction et ceux qui travaillent en compression...
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- donner le même nombre de spaghettis à tous
  
Jouer sur la taille des cellules
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- interdire de renforcer les spaghettis avec de la colle
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Version actuelle datée du 15 juin 2020 à 12:14

Auteur avatarOccitan | Dernière modification 15/06/2020 par MICHELLE

Poutres en spaghettis P1020885.JPG
Il s'agit de réaliser des poutres en treillis de spaghettis afin d'en expérimenter la résistance mécanique en les chargeant par un panier de billes. La poutre est encastrée à une extrémité et chargée à l'autre par un panier de billes.
Licence : Attribution (CC-BY)

Introduction

Il s'agit d'expérimenter sur les structures en treillis. Ces structures ont des propriétés mécaniques remarquables. Elles ont servi à construire la tour Eiffel, le viaduc du garabit ou la statue de la liberté. Plus couremmment, beaucoup de grues sont fabriquées selon ces principes.

Ce qui est particulièrement démonstratif dans cette expérimentation avec des spaghettis, c'est de partir d'un élément très fragile, de le disposer en treilli et de sentir sous la main l'apparition de propiétés de solidité et de raideur.


Cette activité de construction a été expérimentée par un groupe de collégiens qui s'étaient vraiment pris au jeu de fabriquer la poutre la plus résistante.

Voici le livret succinct de l'activité: https://www.wikidebrouillard.org/images/5/53/Poutres_spaghettis.pdf


En tout cas, après ces expérimentations, ils ont compris pourquoi les flèches des grues sont toujours orientées de la même façon....

Étape 1 - Réunir le matériel

Pour commencer, rassemble le matériel nécessaire à l'expérience.

  • Un paquet de spaghettis (n°3 de panzani)
  • un pistolet à colle chaude
  • du contreplaqué pour faire les flancs entre lesquels on construit la poutre
  • une scie pour découper le bois
  • une perceuse
  • quelques planches pour fabriquer le support de poutre
  • un sac de billes
  • un petit panier pour mettre les billes en bout de poutre et éprouver sa résistance
  • une balance de ménage pour peser les billes qui ont provoqué la rupture
  • une bouteille de jus de fruit de 2 litres pour tester un spaghetti en traction
  • quelques bouts de contreplaqué et des rondelles de grande taille pour fabriquer un banc de test de spaghettis en compression



Étape 2 - préparer le matériel

D'abord il faut construire une support pour le poutre en bois.

Après il faut découper deux plaques pour les extrémités de la poutre, dont une s'enfile dans le support. dans l'autre fais un petit trou, dans lequel tu peux accrocher ton panier avec les billes

Avec le gobelet et le fil de fer construis un panier qui peut contenir les billes




Étape 3 - tester le materiel

Pour nos activités, on considère qu'un spaghetti peut recevoir des efforts de traction et de compression (photo 1).


La traction, c'est quand on tire dessus. Un spaghetti résiste bien aux efforts de traction. Il est facile d'expérimenter avec une bouteille d'eau que l'on remplit jusqu'à ce que le spaghetti casse en traction . Il suffit de peser ensuite la charge qui a provoqué le rupture. Notez l'utilisation de deux bouchons qui évitent de casser le spaghetti par cisaillement, bien avant qu'il ne soit cassé par la traction (photo 2).


La compression, c'est quand on applique deux forces aux extrémités, dans l'alignement du spaghetti. Le spaghetti résiste très mal à la compression. On voit très vite apparaître le flambage, puis la rupture. Il est facile de réaliser un banc de test en compression avec une petite balance de cuisine précise au gramme (photo 3). On en tire facilement la loi de rupture en fonction de la longueur.... Très utile pour optimiser la taille des cellules....

Bien que les spaghettis ne soient pas des éléments de construction mécanique, leurs propriétés mécaniques sont assez homogènes....


Étape 4 - mettre en place l'expérience

Maintenant tu peux commencer la construction de la poutre. La photo 1 montre le début: un quadrillage tracé sur les deux plaques d'extrémité peut aider pour obtenir une construction régulière et contrôlée.


De même la photo 2 suggère de tracer des repères sur les spaghettis afin de réaliser des cellules de taille contrôlée.


La construction de la poutre demande beaucoup de délicatesse, surtout au début, lors de la fixation des premiers spaghettis.... car un spaghetti solitaire est très fragile ! On peut d'ailleurs s'aider de petits outils de maintien que chacun se développera si besoin...

Ce n'est que lorsque l'on a commencé à poser les croisillons de cellules que commence à ressentir dans sa main la raideur de la construction. C'est une sensation très rassurante !


Sur la photo 3, on est encore à un stade fragile. Les 4 cellules n'ont pas encore de croisillon.... Sur la photo 3, la présence des croisillons a apporté une sensation de raideur et de solidité.


Profitons également de voir sur ces photos que

- les points de colle entre spaghettis sont petits

- les points de colle pour l'accroche sur les deux plaques de bois sont plus gros


Étape 5 - Réaliser la manipulation

Une fois la poutre est terminé, accroche ton panier dans le trou dans la plaque au bout de la poutre.

Et maintenant tu peux commencer de remplir bille après bille ton panier. continue jusqu'à ton poutre casse.





Étape 6 - Observer le résultat

Sur la photo 1 prise juste avant la rupture de la poutre, on voit bien les spaghettis qui travaillent en traction et ceux qui travaillent en compression...

- Où sont-ils situés ?

- Comment varie la résistance au flambage en fonction de la longueur ?

- Faut-il faire varier la longueur des cellules en fonction de leur position ?


La photo 2 montre le panier de billes tel qu'il a été chargé juste au moment de la rupture. Il suffit de peser le panier pour connaître précisément la charge qui a provoqué la rupture.



Étape 7 - pour aller plus loin

Tu peux maintenant varier la taille et la répartition des cellules.

Les paramètres qui influencent la rupture:

- la section de la poutre.

- la longueur des cellules

- l'orientation de la section ( faut-il 2 spaghettis en bas ou en haut ?)




Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Pendant la phase "teste du materiel" on a expérimenté la solidité d'un spaghetti. On soulèvera sans peine un poids de plus d'un kilogramme-poids avec un seul spaghetti. Avec le système triangulé un assemble des spaghettis verticale, horizontale et diagonale ainsi qu'ils forment des triangles. Cela repartie la force du poids sur les différents Spaghettis pour que la déformation de l'ensemble soit modérée.



Applications : dans la vie de tous les jours

On ne regardera plus jamais les grues de la même façon !

Éléments pédagogiques

Pistes pour animer l'expérience

Si on organise un concours, il faut fixer des règles équitables:

- fixer la taille de la section de la poutre

- donner le même nombre de spaghettis à tous

- interdire de renforcer les spaghettis avec de la colle

Dernière modification 15/06/2020 par user:MICHELLE.

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