Thème 6 Concevoir des structures en tenant compte des forces Sciences 7 Mme Adèle

Concevoir des structures en tenant compte des forces On peut renforcer les structures en choisissant des matériaux plus résistants capables de supporter plus de forces internes ou en changeant lorientation des parties pour en accroître la solidité

La déformation Lorsque les tensions sexerçant sur une structure commencent à causer des ruptures, on observe souvent des déformations. Après que lon a constaté la façon dont les structures réagissent aux forces, des efforts peuvent être faits pour adapter leur conception afin de réduire la déformation. Les architectes et les ingénieur(e)s tentent dappliquer une stabilité accrue en répartissant également les forces qui sexercent sur la structures.

Laxe neutre Laxe neutre est un point à lintérieur dune poutre qui ne subit ni compression ni tension. Comme laxe neutre ne subit pas de tension, on peut en réduire une certaine portion sans compromettre la solidité de la poutre. Laxe neutre est à la base des poutres en I, en L, en U, en T et en caisson ainsi que des tubes. La poutre est moins lourde et coûte moins chère.

Lorientation Ceci signifie la façon dont elle est positionnée. En positionnant une pièce de matériau de construction verticalement plutôt quà plat, le matériau peut supporter une charge beaucoup plus grande.

Les structures solides Il existe des formes solides qui ont la capacité de réduire la charge de façon égale ou de la diriger vers la base. Les triangles, les arches et les dômes font partie de ces formes solides.

Problème 1 Coupez deux pailles en deux. Épinglez les demi- pailles ensemble pour former un carré ABCD. Poussez sur le coin A tandis que vous tenez les coins C et D en place. Poussez sur le coin B du cadre jusquà ce quil retrouve sa forme carrée. Refaites le carré original. Sur la diagonale AD, épinglez une autre paille. Testez la structure encore une fois. Prédisez leffet quaura une deuxième paille placée sur la diagonale BC.

Problème 2 Page 322

Les arches, les cantilevers et les contrevents

Ce sont des formes quon peut ajouter aux poutres pour les aider à soutenir les forces qui pourraient les faire fléchir. On sen sert lorsquon ne peut pas ajouter une colonne de soutien directement sous la poutre: – là où lespace sous la poutre est trop profonde (un pont) – là où il ny a pas dendroit stable où appuyer la colonne (les sols boueux) – dans les endroits où il doit y avoir une vaste ouverture sous la structure (un viaduc)

Les arches redirigent les forces quelles subissent vers le sol. permettent des ouvertures relativement larges. sont agréables à lœil. sont difficiles à construire. sont très solides et très durables.

Les cantilevers sont soutenus quà une seule extrémité. la force de compression sexercice vers le bas et la force de tension, vers le haut. soutenus au moyen dune sorte de système de suspension. deux cantilevers peuvent être combinés pour composer une structure qui enjambe un grand espace, comme un pont.

Les contrevents sont fabriqués à laide de matériaux solides placés en diagonale pour soutenir des poutres horizontales ou verticales. accroissent tant la solidité que la stabilité de la structure en formant un triangle adjacent à la structure et en redirigeant les forces dans la base. sont faciles à construire et exigent peu de matériaux.

Problème 3 Page 322

La partie centrale dune poutre subit beaucoup moins de tension que la base ou les côtés. La capacité dune poutre à résister aux forces et à soutenir des charges ne serait pas diminuée si la portion centrale était enlevée. Les poutres en caisson, en I, en L, et T et en U sont apparues.

Les tuyaux Les tuyaux combinent la force de compression dun cylindre à la légèreté dun tube creux. Utilisés verticalement, les cylindres peuvent rediriger les tensions vers leur circonférence et vers la base solide sur laquelle ils reposent. Dans le sens horizontal, ils peuvent agir comme une paire darches en redirigeant les forces vers la base dune structure.

Un contrefort un contrevent solide habituellement de forme triangulaire utilisé pour soutenir et renforcer les structures

Les arcs-boutants conçus pour la solidité et la stabilité nécessitent beaucoup moins de matériaux une grande portion de la forme triangulaire qui les soutien a été enlevée

Pourquoi peut-il être avantageux de réduire le poids des matériaux utilisées dans une structure?

En réduisant le poids, on réduit la charge permanente. On peut partiellement réduire les forces internes. On peut réduire les coûts de construction puisquil faut moins de matériaux pour construire la structure. Les matériaux plus légers sont plus faciles à transporter jusquau chantier de construction et à mettre en place. Une plus grande légèreté rend une structure qui doit être portée plus facile à utiliser.

Comment renforce-t-on les structures? en choisissant des matériaux suffisamment résistants en façonnant les matériaux de manière à les renforcer.

Utiliser des forces de friction La friction est la force qui résiste au mouvement.

Pour augmenter la friction entre deux objets: augmenter le poids de lobjet qui repose sur lautre de manière que les deux surfaces soient poussées lune vers lautre avec une plus grande force; rendre une surface plus rugueuse de manière que les structures attachent lune à lautre; augmenter la surface de contacte entre les deux objets; enduire les surfaces de substances collantes qui aident à résister au mouvement; rendre les objets qui se déplacent dans un fluide moins profilés ou hydrodynamiques.

Pour diminuer la friction entre deux objets: réduire le poids de lobjet du dessus; rendre plus lisses les surfaces de contact; réduire la surface de contact; enduire la surface de lubrifiant qui aide à réduire la friction; rendre les objets qui se déplacent dans un fluide plus profilés ou hydrodynamiques.