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Caractéristiques physiques des matériaux
Definition
La nature chimique, la forme physique et l'état de surface des différentes matières premières, qui sont à la base des matériaux, leur confèrent des propriétés particulières.
La densité
La densité est le rapport qui existe entre la masse d'un certain volume d'un corps et celle du même volume d'eau. Elle est donc sans unité.
La masse volumique est, elle, le rapport entre la masse d'un solide et son volume.
Elle s'exprime en Kg/m3.
Le carton rempli de plumes pèse autant que le poids en plomb, alors que leurs volumes sont très différents.
La rigidité
La raideur d'une pièce dépend d'une part de sa géométrie, typiquement de sa section , et d'autre part du module d'élasticité longitudinal ou module de Young (E) du matériau qui caractérise la rigidité de celui-ci.
Le module E représente le rapport de la contrainte* en traction ou en compression sur la déformation du matériau dans son domaine d'élasticité.
E s'exprime en MPa (ou N/mm²).
Le module de Young est fonction de l'intensité des liaisons chimiques du matériau.
* une contrainte est le rapport de la force appliquée, sur la section de l'objet sur laquelle elle est appliquée.
La limite d'élasticité
La limite d'élasticité est la contrainte maximale pouvant agir sur une pièce sans entraîner de variation permanente de sa forme et de ses dimensions.
La première barre s'est déformée sous le poids du personnage, puis est revenue à sa position initiale.
On n'a pas dépassé la limite d'élasticité du matériau.
La seconde s'est déformée sous le poids d'un personnage plus lourd que le précédent. Elle a été déformée de façon permanente.
On a dépassé la limite d'élasticité du matériau et on est entré dans son domaine de plasticité.
La déformation à la rupture et la contrainte maximale
La déformation à la rupture (epsilon R) est le niveau de déformation atteint au moment de la rupture d'un solide.
La contrainte maximale (Sigma M) est le niveau de contrainte maximum que peut subir un matériau sans être endommagé, c'est-à-dire avant le début de la striction.
La dureté
La dureté caractérise la résistance qu'offre un matériau à la pénétration d'un corps.
Plus un matériau est dur et plus l'empreinte laissée par ce corps est petite.
Pour certains matériaux comme les aciers au carbone, il est possible de corréler leur dureté et leur limite d'élasticité Re.
La ténacité
La ténacité caractérise la résistance à la propagation d'un défaut "macroscopique" (fissure, porosité, etc.) présent dans un matériau.
Cette propriété est bien sûr en lien avec la nature fragile ou au contraire ductile du matériau. Cependant, elle est dépendante de la présence ou non d'un défaut et aussi de sa taille.
La résilience
La résilience est un essai, qui en mesurant la résistance au choc d'une éprouvette normalisée, permet de quantifier la fragilité d'un matériau. Cet essai est simple, rapide, peu coûteux et est surtout employé comme moyen de contrôle et pour classer les matériaux les uns par rapport aux autres. La résilience est fonction de l'énergie développée pour arriver à briser le matériau.
La conductivité électrique
La conductivité électrique traduit l'aptitude d'un matériau à plus ou moins conduire un courant électrique.
Elle est due à la possibilité pour les électrons des atomes de circuler librement dans le matériau.
La conductivité thermique
La conductivité thermique est l'aptitude d'un matériau à conduire la chaleur.
Elle est liée à la possibilité pour les phonons* et les électrons de circuler librement dans le matériau.
* quantum d'énergie véhiculé par les ondes acoustiques lorsqu'elle se propagent.