Matériaux : les grandes familles et leurs propriétés
Les familles de matériaux et leur matière première (métaux et alliages, plastiques, organiques naturels, céramiques et verre, composites) ; identifier les matériaux d’un objet ; conducteurs, isolants et matériaux attirés par l’aimant ; propriétés et choix d’un matériau ; ressources, tri et recyclage
À propos de cette page
Cinq problèmes sur des objets réels : le skateboard de Malik, un grille-pain démonté, le cadre d’une trottinette en acier ou en aluminium, une heure au centre de tri avec ses pourcentages, et le choix des étagères d’un atelier de technologie.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis tout l’énoncé et je souligne chaque pièce et son matériau.
Je range chaque matériau dans sa famille et je note ses propriétés utiles (conducteur, attiré, rouille, masse…).
Je relis les contraintes : j’élimine ce qui ne les respecte pas, avant de comparer le reste.
Je calcule avec les données de l’énoncé (masse pour 1 cm³, pourcentages) et j’écris l’unité.
Je réponds avec le mot exact du cours et je justifie par une propriété.
Problème 1 · Le skateboard de Malik★★★Facile
Le skateboard de Malik comporte : une planche faite de sept fines couches d’érable collées ; deux supports d’essieux en aluminium ; quatre roues en polyuréthane, un plastique ; huit roulements à billes en acier.
1. Famille du matériau de la planche :
L’érable est un bois : organique naturel.
2. Famille du matériau des roues :
Le polyuréthane est une matière plastique.
3. Quelles pièces l’aimant attire-t-il ? Les
Seul l’acier est attiré : les roulements.
4. Matière première de l’aluminium des supports : la
L’aluminium est extrait de la bauxite.
5. Combien de familles de matériaux différentes ce skateboard réunit-il ?
Bois (organique naturel), aluminium et acier (métaux), polyuréthane (plastique) : 3 familles.
Problème 2 · Le grille-pain démonté★★★Facile
Au laboratoire, on démonte un vieux grille-pain débranché. Nomenclature : repère 1, carrosserie, acier peint ; repère 2, fils chauffants, alliage de nickel et de chrome ; repère 3, support des fils, mica, un minéral qui se sépare en fines feuilles ; repère 4, poignée du levier, plastique ; repère 5, fiche, broches en laiton et corps en plastique.
1. Repère de la pièce qui est attirée par l’aimant même à travers sa peinture :
L’acier de la carrosserie (repère 1) est attiré.
2. Les fils chauffants conduisent le courant, car ils sont en .
Un alliage de nickel et de chrome est un métal : conducteur.
3. Le mica qui porte les fils doit être un isolant : sinon le courant passerait dans la carrosserie.
Le support doit être un isolant électrique (et supporter la chaleur).
4. La poignée du levier doit être un isolant pour ne pas brûler les doigts.
Isolant thermique : le plastique.
5. Combien de repères comportent au moins un métal ?
Le cadre d’une trottinette contient 400 cm³ de métal. Masse de 1 cm³ : acier 7,9 g ; aluminium 2,7 g. Le cahier des charges impose un cadre de 1,5 kg au plus, qui ne rouille pas.
1. Masse du cadre en acier : g
400 × 7,9 = 3 160 g.
2. Masse du cadre en aluminium : g
400 × 2,7 = 1 080 g.
3. Différence de masse entre les deux cadres : g
3 160 − 1 080 = 2 080 g.
4. Le cadre en acier est environ combien de fois plus lourd ? (au dixième)
3 160 ÷ 1 080 ≈ 2,93, soit 2,9 fois.
5. Métal qui respecte les deux contraintes :
1 080 g = 1,08 kg ≤ 1,5 kg et il ne rouille pas : l’aluminium. L’acier dépasse 1,5 kg et rouille.
Problème 4 · Une heure au centre de tri★★★Moyen
En une heure, 1 500 kg d’emballages venus des bacs de tri passent sur le tapis. Ils contiennent 6 % d’acier, 2 % d’aluminium et 40 % de papier et carton ; le reste est fait de plastiques et d’erreurs de tri.
1. Masse d’acier retirée par l’aimant : kg
1 500 × 6 ÷ 100 = 90 kg (6 % de la masse totale).
2. Masse d’aluminium : kg
1 500 × 2 ÷ 100 = 30 kg.
3. La machine qui éjecte l’aluminium utilise les courants de .
Machine à courants de Foucault : l’aluminium n’est pas attiré par l’aimant.
4. Masse de papier et de carton : kg
1 500 × 40 ÷ 100 = 600 kg.
5. Masse de plastiques et d’erreurs de tri : kg
1 500 − 90 − 30 − 600 = 780 kg (52 %).
Problème 5 · Les étagères de la salle de technologie★★★Difficile
Le collège achète des étagères pour l’atelier. Trois modèles sont proposés :
Modèle
Matériau
Masse
Charge par tablette
Fin de vie
A
acier galvanisé (recouvert de zinc)
18 kg
80 kg
refondu sans fin
B
polypropylène
7 kg
25 kg
thermoplastique refondu
C
pin massif
14 kg
40 kg
bois réutilisé ou broyé en panneaux
Chaque tablette doit porter une caisse d’outils de 35 kg.
1. Modèle éliminé, car sa tablette ne porte pas 35 kg :
25 kg < 35 kg : le modèle B est éliminé.
2. Famille du matériau du modèle C :
Le pin est un bois : organique naturel.
3. Le modèle dont la matière première est renouvelable :
Le bois des forêts gérées est renouvelable : modèle C.
4. Combien de kilogrammes le modèle C pèse-t-il de moins que le modèle A ? kg
18 − 14 = 4 kg.
5. L’atelier contient des aimants puissants qu’on range sur les tablettes. Sur quel modèle tiendraient-ils seuls, collés au montant ?
Seul l’acier (même recouvert de zinc) est attiré : modèle A.
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