Tester : solidité d'une structure et performances

Complète avec le mot du cours.

1. Une pièce qui tend à se courber sous des efforts exercés en travers est sollicitée en .
   En flexion, la pièce se courbe : une planche sur deux appuis, un plongeoir.
2. Une pièce dont une extrémité tourne autour de son axe pendant que l’autre résiste est sollicitée en .
   En torsion, la pièce se tord sur elle-même.
3. La distance dont une pièce fléchie descend, là où elle plie le plus, s’appelle la .
   La flèche se mesure au réglet, en millimètres.
4. Une pièce fixée solidement à un bout et libre à l’autre est dite à ce bout.
   Un plongeoir est encastré à un bout et libre à l’autre.
5. Une pièce qui reprend sa forme quand l’effort cesse a subi une déformation .
   Déformation élastique : la pièce redevient comme avant.
6. Une pièce qui reste pliée après l’effort a subi une déformation .
   Déformation permanente : la pièce garde sa nouvelle forme.

Pour chaque pièce, écris « flexion » ou « torsion ».

1. La planche d’un skateboard, entre les deux essieux, sous le skateur :
   Le poids du skateur s’exerce en travers de la planche, qui repose sur les deux essieux : flexion.
2. L’axe d’un moulin à poivre, quand on tourne la tête et que les grains résistent :
   La main fait tourner un bout de l’axe, les grains freinent l’autre : torsion.
3. Les branches d’un arc, quand l’archer tire la corde :
   La corde tire le bout des branches en travers : elles se courbent, flexion.
4. La barre fixe de gymnastique, quand le gymnaste se suspend en son milieu :
   Barre tenue à ses deux bouts, effort au milieu, en travers : flexion.
5. La tige d’un tire-bouchon qu’on tourne dans un bouchon très serré :
   La poignée tourne, le bouchon résiste : la tige se tord, torsion.
6. L’axe qui relie le moteur d’un bateau à son hélice, freinée par l’eau :
   Le moteur fait tourner un bout de l’axe, l’eau freine l’hélice à l’autre bout : torsion.

Raisonne sur l’effort et sur ce que devient la pièce.

1. On appuie au bout de la poignée d’une porte pour l’abaisser. La poignée elle-même est sollicitée en .
   La main appuie en travers du bout libre de la poignée, tenue de l’autre côté : flexion.
2. La tige carrée qui traverse la porte, tournée par la poignée pendant que le pêne résiste, est sollicitée en .
   Un bout tourne avec la poignée, l’autre est freiné par le pêne : torsion. Deux pièces voisines, deux modes différents.
3. On s’assoit par erreur sur le couvercle d’une boîte en plastique ; une fois qu’on s’est relevé, le couvercle reprend sa forme. Sa déformation était .
   Il redevient comme avant : déformation élastique.
4. Une tringle à rideaux reste courbée après qu’un enfant s’y est suspendu : sa déformation est .
   Elle garde sa forme courbée : déformation permanente.
5. Si l’on tord encore plus une tige déjà déformée définitivement, elle finit par casser : c’est la .
   Au-delà de la déformation permanente vient la rupture.

Complète avec le mot du cours.

1. La liste ordonnée des étapes, du matériel et des mesures d’un essai s’appelle le de test.
   On suit le protocole sans rien changer, pour pouvoir comparer les résultats.
2. La barrette du matériau que l’on teste s’appelle une .
   L’éprouvette est l’échantillon testé.
3. Pour comparer deux matériaux, on ne change qu’un seul : le matériau.
   Un seul paramètre change ; tout le reste est identique.
4. Sous la même charge, la barrette la plus est celle qui fléchit le moins.
   La plus petite flèche désigne la barrette la plus rigide.
5. Dans un essai de torsion, l’angle dont tourne l’extrémité libre se mesure avec un .
   L’angle de torsion se lit au rapporteur, en degrés.
6. Un cadre rectangulaire partagé par une diagonale en deux ne peut plus se déformer.
   Un triangle ne change pas de forme : c’est la triangulation.

Essai de flexion : barrettes de mêmes dimensions, appuis écartés de 15 cm, masse de 250 g accrochée au milieu. Après retrait de la masse, les trois barrettes redeviennent droites.

1. Matériau le plus rigide :
   Plus petite flèche sous la même charge : 0,8 mm, le pin.
2. La flèche du PLA est fois celle du pin.
   2,4 ÷ 0,8 = 3.
3. Exigence : flèche de 3 mm au plus sous 250 g. Nombre de matériaux qui la respectent :
   Pin (0,8 mm) et PLA (2,4 mm) : 2 matériaux ; le polypropylène (6 mm) fléchit trop.
4. Les barrettes redeviennent droites : leur déformation était .
   Elles reprennent leur forme : déformation élastique.
5. Les barrettes ont les mêmes dimensions et les mêmes appuis : seul le change.
   Un seul paramètre change, le matériau : la comparaison est juste.

Proportionnalité et essais comparatifs. Les déformations restent élastiques.

1. Une barrette d’aluminium fléchit de 0,6 mm sous 200 g. Sous 500 g, elle fléchira de mm.
   Pour 100 g : 0,6 ÷ 2 = 0,3 mm ; pour 500 g : 0,3 × 5 = 1,5 mm.
2. Avec la même barrette, la masse qui donne une flèche de 0,9 mm est g.
   0,9 ÷ 0,3 = 3, donc 3 × 100 = 300 g.
3. Essai de torsion, tiges de même taille, même masse au bout du levier : acier 2°, laiton 4°, aluminium 6°. Tige la plus rigide en torsion :
   Le plus petit angle sous le même effort : l’acier.
4. Dans cet essai, l’angle de l’aluminium est fois celui de l’acier.
   6 ÷ 2 = 3.
5. Un élève compare une barrette de chêne de 4 mm d’épaisseur et une barrette de hêtre de 3 mm d’épaisseur. Son essai ne permet pas de conclure, car l’ change aussi.
   Deux paramètres changent (le bois et l’épaisseur) : on ne sait pas lequel explique la différence.

Complète avec le mot du cours.

1. Les endroits où la pièce est tenue, que l’on indique au logiciel, s’appellent les .
   Matériau, fixations, efforts : les trois données de la simulation.
2. Avant de regarder les couleurs, on lit la de la carte.
   La légende dit ce que signifie chaque couleur.
3. À l’écran, la pièce est dessinée déformée, mais la déformée est pour être visible.
   La déformée est exagérée ; la vraie valeur est le déplacement maximal.
4. Un coefficient de sécurité inférieur à annonce une déformation permanente, voire une rupture.
   En dessous de 1, la pièce ne supporte pas l’effort sans se déformer définitivement.
5. Le logiciel calcule la déformation à partir du modèle de la pièce.
   La simulation part du modèle 3D dessiné sur ordinateur.

Le bras d’un support de casque audio, imprimé en PLA, est simulé avec trois épaisseurs, sous le même effort.

1. Épaisseur avec laquelle le bras se déformerait définitivement : mm
   Coefficient 0,9, inférieur à 1 : avec 2 mm, déformation permanente.
2. Exigence : déplacement de 2 mm au plus et coefficient d’au moins 1,5. Nombre d’épaisseurs qui conviennent :
   3 mm (1,6 mm ; 2) et 4 mm (0,7 mm ; 3,6) : 2 épaisseurs.
3. Parmi les épaisseurs qui conviennent, la plus fine mesure mm.
   On retient 3 mm.
4. En passant de 2 mm à 3 mm d’épaisseur, le déplacement maximal diminue de mm.
   5,4 − 1,6 = 3,8 mm.
5. On choisit la plus fine des épaisseurs qui conviennent, car elle demande moins de .
   Moins de matière, donc une pièce plus légère et plus rapide à imprimer.

Voici la simulation du bras d’un porte-serviette fixé au mur ; l’effort s’exerce au bout du bras.

1. Zone la plus sollicitée :
   Rouge, d’après la légende : la zone A, près du mur.
2. Zone qui se déplace le plus :
   Le bout libre, la zone C, descend le plus, même s’il est bleu.
3. D’après la légende, la sollicitation de la zone B est (faible, moyenne ou forte).
   Jaune, au milieu de la légende : sollicitation moyenne.
4. Le logiciel affiche un coefficient de sécurité minimal de 0,7. On prévoit une déformation (élastique ou permanente).
   0,7 est inférieur à 1 : déformation permanente, voire rupture.
5. Après avoir corrigé la pièce et relancé la simulation, on confirme le résultat par un du prototype.
   Une simulation reste un calcul : on fait un essai du prototype.

Complète avec le mot du cours.

1. La durée de fonctionnement d’un appareil avec une batterie complètement chargée s’appelle son .
   L’autonomie se mesure jusqu’à l’arrêt de l’appareil.
2. Vitesse moyenne = distance ÷
   v = d ÷ t : la distance divisée par la durée.
3. 1 m/s = km/h
   1 m/s = 3,6 km/h : on multiplie par 3,6.
4. Après plusieurs essais, on calcule la des résultats.
   Moyenne = somme des résultats ÷ nombre d’essais.
5. Pour mesurer la distance entre deux lignes tracées au sol, on utilise un .
   Le mètre ruban mesure la distance ; le chronomètre, la durée.

Calcule. Écris seulement le nombre.

1. Durées mesurées sur 2 m : 8,1 s ; 7,9 s ; 8 s. Durée moyenne : s
   8,1 + 7,9 + 8 = 24 ; 24 ÷ 3 = 8 s.
2. Vitesse moyenne de ce robot : m/s
   2 ÷ 8 = 0,25 m/s.
3. Un ventilateur sur batterie démarre à 9 h 40 et s’arrête à 13 h 10. Autonomie : min
   De 9 h 40 à 12 h 40 : 3 h ; puis 30 min. 3 × 60 + 30 = 210 min.
4. Un robot parcourt 9 m en 12 s. Vitesse moyenne : m/s
   9 ÷ 12 = 0,75 m/s.
5. La vitesse de ce robot, en km/h :
   0,75 × 3,6 = 2,7 km/h.

Le protocole demande trois essais valables ; un essai où il n’a pas été respecté est refait.

1. Piste de 3,6 m. Durées : 12,2 s ; 11,8 s ; 15,6 s (au 3e essai, le robot a accroché le bord de la piste) ; essai refait : 12 s. Durée moyenne des trois essais valables : s
   On remplace 15,6 s par l’essai refait : 12,2 + 11,8 + 12 = 36 ; 36 ÷ 3 = 12 s.
2. Vitesse moyenne de ce robot : m/s
   3,6 ÷ 12 = 0,3 m/s.
3. Soit, en km/h :
   0,3 × 3,6 = 1,08 km/h.
4. Une lampe torche rechargeable est allumée à 20 h 15 et s’éteint le lendemain à 1 h 45. Autonomie : min
   De 20 h 15 à 1 h 15 : 5 h ; puis 30 min. 5 × 60 + 30 = 330 min.
5. Un élève a noté « 2,30 h » pour une autonomie de 2 h 30 min. En minutes, cette autonomie vaut min.
   2 × 60 + 30 = 150 min (et non 2,30 h : une heure compte 60 minutes, pas 100).

Écris « conforme » ou « non conforme ».

1. Exigence : vitesse d’au moins 0,3 m/s. Mesure : 0,28 m/s.
   0,28 est inférieur à 0,3 : non conforme.
2. Exigence : masse de 450 g au plus. Mesure : 450 g.
   La valeur limite est acceptée : conforme.
3. Exigence : autonomie d’au moins 2 h. Mesure : 2 h 15 min.
   2 h 15 min est plus que 2 h : conforme.
4. Exigence : flèche de 4 mm au plus sous 1 kg. Mesure : 4,5 mm.
   4,5 est supérieur à 4 : non conforme.
5. Exigence : bruit de 65 dB au plus. Mesure : 58 dB.
   58 est inférieur à 65 : conforme.
6. Exigence : durée de charge comprise entre 1 h et 2 h. Mesure : 2 h 20 min.
   2 h 20 min dépasse 2 h : non conforme.

Le cahier des charges d’un mini-chariot autonome d’atelier et les résultats des tests :

1. Nombre d’exigences respectées :
   Vitesse, charge et masse : 3 exigences sur 4.
2. Critère non respecté :
   36 min est inférieur à 40 min : l’autonomie.
3. Pour atteindre le niveau, il manque min.
   40 − 36 = 4 min.
4. Le chariot est (validé ou non validé).
   Une exigence non conforme suffit : non validé.

L’équipe veut gagner en autonomie : elle allège le chariot en remplaçant son plateau par un plateau plus fin. Nouveaux résultats : autonomie 44 min ; masse à vide 1,1 kg ; charge transportée 1,8 kg (au-delà, le plateau plie trop) ; vitesse inchangée.

1. Critère qui n’est plus respecté :
   1,8 kg est inférieur à 2 kg : la charge transportée.
2. Pour atteindre le niveau de charge, il manque g.
   2 − 1,8 = 0,2 kg = 200 g.
3. Nombre d’exigences respectées maintenant :
   Vitesse (0,45 ≥ 0,4), autonomie (44 ≥ 40) et masse (1,1 ≤ 1,5) : 3 sur 4. Le chariot n’est toujours pas validé.
4. Après une modification, on refait les tests que la modification peut changer.
   Corriger une exigence peut en faire échouer une autre : on refait tous les tests concernés.