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.
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{{Introduction
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|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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Voici le livret succinct de l'activité:  https://www.wikidebrouillard.org/images/5/53/Poutres_spaghettis.pdf
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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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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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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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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 sections des flèches des grues sont toujours orientées de la même façon....
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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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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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* 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 photo 3 montre le matériel nécessaire pour réaliser une poutre:
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Après il faut découper deux plaques pour les extrémités de la poutre: L'une se glisse dans le support (encastrement),  l'autre, en bout de poutre, comporte un petit trou, dans lequel on peut fixer le panier de billes.
  
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- les deux plaques aux extémités
 
  
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- un certain nombre de spaghettis (n°3 de Panzani, par exemple)
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- un pistocolle
 
  
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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).
  
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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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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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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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Bien que les spaghettis ne soient pas des éléments de construction mécanique, leurs propriétés mécaniques sont assez homogènes....
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|Step_Title=Construction de la poutre
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|Step_Content=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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|Step_Content=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.
  
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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 !
 
  
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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.
  
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Sur la photo 1, on est encore à un stade fragile. Les 4 cellules n'ont pas encore de croisillon.... Sur la photo 2, la présence des croisillons a apporté une sensation de raideur et de solidité.
 
  
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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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Profitons également de voir sur ces photos que
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Ce n'est que lorsque l'on a commencé à poser les croisillons de cellules que la main commence à ressentir  la raideur de la construction. C'est une sensation très rassurante !
  
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- les points de colle entre spaghettis sont petits
 
  
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- les points de colle pour l'accroche sur les deux plaques de bois sont plus gros
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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.
  
  
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Si on organise un concours, il faut fixer des règles équitables:
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Profitons également de voir sur ces photos que
  
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- fixer la taille de la section de la poutre
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- les points de colle entre spaghettis sont petits
  
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- donner le même nombre de spaghettis à tous
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- les points de colle pour l'accroche sur les deux plaques de bois sont plus gros
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- interdire de renforcer les spaghettis avec de la colle
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Le spaghetti en traction et en compression
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|Step_Content=Pour nos activités, on considère qu'un spaghetti peut recevoir des efforts de traction et de compression (photo 1).
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|Step_Content=Une fois la poutre terminée, accroche ton panier dans le trou de la plaque au bout de la poutre.
  
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Et maintenant tu peux commencer à remplir, bille après bille, ton panier.  Continue jusqu'à ce que ta poutre casse.
  
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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).
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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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|Step_Picture_00=Poutres_en_spaghettis_TractionCompression.jpg
 
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|Step_Title=Que faut-il faire pour gagner ?
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|Step_Title=Observer le résultat
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|Step_Content='''Expérimenter, Observer, Raisonner'''
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|Step_Content=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...
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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 ?
 
- Où sont-ils situés ?
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Sur la photo 2 par exemple, on a fait varier la taille et la répartition des cellules.
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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_Content=Tu peux maintenant varier la taille et la répartition des cellules.
  
 
Les paramètres qui influencent la rupture:
 
Les paramètres qui influencent la rupture:
  
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- la section de la poutre.  
+
- la section de la poutre.
  
 
-  la longueur des cellules
 
-  la longueur des cellules
  
 
- l'orientation de la section ( faut-il 2 spaghettis en bas ou en haut ?)
 
- l'orientation de la section ( faut-il 2 spaghettis en bas ou en haut ?)
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- fixer la taille de la section de la poutre
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{{Notes}}
 
 
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Version actuelle datée du 19 mai 2022 à 07:39

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.

Auteur avatarOccitan | Dernière modification 19/05/2022 par Occitan

Poutres en spaghettis P1020885.JPG
Difficulté
Technique
Durée
1 heure(s)
Disciplines scientifiques
Physique
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.
Difficulté
Technique
Durée
1 heure(s)
Disciplines scientifiques
Physique
<languages />
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 sections des flèches des grues sont toujours orientées de la même façon....

Video d'introduction

Bille
Item-bille 250px-Bille.JPEG
il s'agit d'une sphère généralement en verre (on en trouve de différents matériaux : fer, terre, ...) Le jeu de bille est un jeu très courant dans les écoles. La façon la plus classique d'y jouer consiste à lancer sa bille sur celle de l'adversaire afin de l'obtenir. La collection et la recherche de billes rares jouent un rôle important dans le jeu. Le jeu de billes est répertorié à l'Inventaire du patrimoine culturel immatériel en France depuis 2012
Stylo
Item-Stylo Many colored pens.jpg
Le stylo est un instrument, généralement de forme allongée facilitant sa préhension, qui sert à écrire ou à dessiner. Ayant l'avantage de posséder son propre réservoir d'encre, il a progressivement remplacé le porte-plume. Le mot est attesté en Grande-Bretagne dès 1882 pour un instrument à pointe tubulaire mais ne fut utilisé en France au sens d'instrument d'écriture qu'à partir de 1907. Il ne figure cependant pas encore dans le Larousse élémentaire illustré de 1918. On parlait plus couramment à l'époque de « porte-plume réservoir », « plume à réservoir » ou « plume-réservoir », tandis que « stylographe » désignait le stylo à pointe tubulaire.
Gobelet
Erreur lors de la création de la miniature : convert: unable to extend cache `/var/www/dokitfarm/sites/Wikidebrouillard/images/2/24/Item-Gobelet_DSCN2651.JPG': File too large @ error/cache.c/OpenPixelCache/4006. convert: no images defined `/tmp/transform_b26a8af26c5a.jpg' @ error/convert.c/ConvertImageCommand/3258. Error code: 1
Récipient pour boire, plat (sans pied), de forme arrondie.
Pistolet à colle ou pistocolle
Item-pistolet à colle ou pistocolle pistocolle.jpg
Il s'agit d'un pistolet qui fait fondre des battent de colles
Règle
[[File:]]
Au sens matériel, une règle est un instrument de mesure gradué à arêtes rectilignes servant à tracer des traits droits ou à mesurer des longueurs.
Spaghetti
Item-Spaghetti 420px-Spaghetti di Gragnano e colatura di alici.jpg
Les spaghetti sont un plat de pâtes longues, fines et cylindriques, typique de la cuisine italienne.
Balance
Item-Balance kitchen-scale-2442598 1280.jpg
Une balance est un instrument de mesure qui sert à évaluer des masses par comparaison avec des « poids », dans le langage courant, ou « masses marquées » dont les masses sont connues. Il existe aujourd'hui des balances électroniques.
Bois
Item-Bois Plank 1.jpg
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Bouteille plastique
Item-bouteille plastique 500ml-bouteille-PET-1.jpg
Une bouteille, mais en plastique quoi
Eau
Item-Eau t l chargement.jpeg
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Fil de fer
Item-Fil de fer fil de fer.jpg
Le terme fil de fer désigne rigoureusement, un fil métallique réalisé en fer. Par extension et abus de langage, tout fil métallique, fil électrique, etc.
Scie
Item-Scie S gkamraten.jpg
Une scie est un outil à une lame dentée en acier trempé, destinée à couper des matériaux tels que le bois, la pierre, les métaux... Elle est actionnée par divers moyens tels que la force musculaire, l'électricité ou l'eau.
Perceuse
Item-Perceuse 250px-Perceuse.jpg
Une perceuse ou foreuse est un outil qui sert à percer ou tarauder des trous dans différents matériaux à l'aide de forets. Les perceuses modernes sont l'aboutissement de plusieurs siècles de technologie. Les vilebrequins sont apparus dans les ateliers de menuisiers et chez les charpentiers vers le XVe siècle. Les perceuses manuelle à engrenage datent du XIXe siècle, et c'est vers la fin du XIXe siècle que sont apparues les premières perceuses électriques.

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


Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010548 .JPG
Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010549 .JPG
Poutres en spaghettis Poutres en spaghettis P1010555 .JPG


Étape 2 - préparer le matériel

D'abord il faut construire un support en bois pour la poutre.

Après il faut découper deux plaques pour les extrémités de la poutre: L'une se glisse dans le support (encastrement), l'autre, en bout de poutre, comporte un petit trou, dans lequel on peut fixer le panier de billes.



Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010540 .JPG
Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010553 .JPG



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....

Poutres en spaghettis TractionCompression.jpg
Poutres en spaghettis TestTraction.jpg
Poutres en spaghettis IMG 20191205 103735.jpg


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 la main commence à ressentir 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

Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010553 .JPG
Poutres en spaghettis Poutres en spaghettis P1010555 .JPG
Poutres en spaghettis P1020870.JPG
Poutres en spaghettis P1020871.JPG


Étape 5 - Réaliser la manipulation

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

Et maintenant tu peux commencer à remplir, bille après bille, ton panier. Continue jusqu'à ce que ta poutre casse.


Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1020887.JPG




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.

Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1020887.JPG
Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1010549 .JPG



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 ?)

Poutres en spaghettis 800px-Poutres en spaghettis P1020877.JPG




Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?



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 19/05/2022 par user:Occitan.

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