Techniques d'astronome amateur
Mathématiques avec plaisir

Mémento matériaux

Caractéristiques physiques de matériaux

Commençons par expliquer quelques termes avant de vous proposer un tableau des caractéristiques physiques de quelques matériaux qui peuvent nous concerner dans nos fabrications.

Le module de Young E

Un matériau s'allonge quand il est soumis à une force de traction. Le module de Young E correspond à la force de traction par unité de surface qu'il faudrait appliquer à un objet pour que cet allongement soit égal à sa longueur initiale (autrement dit pour doubler sa longueur). Bien entendu, il s'agit d'une considération théorique car l'objet sera rompu bien avant d'atteindre cette valeur.

Le coefficient de Poisson

L'allongement d'un objet quand il est soumis à une force de traction s'accompagne d'un rétrécissement de sa section. Le coefficient de Poisson ν est le rapport entre le rétrécissement dans une direction perpendiculaire à l'effort subi et l'allongement dans la direction de l'effort.

La masse volumique

C'est l'expression moderne de ce que l'on nommait autrefois la densité. Elle exprime la masse d'un matériau par unité de volume, on la désigne habituellement par la lettre grecque ρ (rhô).

Considérons un objet de masse M et de volume V qui est constitué d'un matériau homogène. Sa masse volumique est :

Notons que l'eau a une masse volumique égale à 1g/cm3.

Le coefficient de dilatation thermique

Sous l'effet de la chaleur, les matériaux se dilatent. La connaissance du coefficient de dilatation thermique linéaire d'un matériau nous permet de déterminer la variation de la longueur d'un objet sous l'effet d'un changement de température. Ce coefficient est habituellement noté α (alpha) :

Avec : ΔL = variation de la longueur
            L = longueur initiale
            L et ΔL doivent être exprimés avec la même unité de mesure
            ΔT = variation de la température en °C ou en °K

Matériaux Module de Young E (GPa) Coefficient de Poisson ν Limite élastique traction Re (MPa) Limite élastique compression Rc/Re Masse volumique (g/cm3) Coefficient dilatation α (10-6/°C) Température de fusion (°C)
Acier de construction 210 0,285 235 à 450 1 7,80 12 1538
Alumine 390 3,97 7,1 2054
Aluminium 69 0,33 20 1 2,698 23,6 660,2
Araldite 0,3 0,4 5 à 8 1,2 1,15 90 à 130 -
Argent 83 1 10,5 18,9 961,78
Béton 20 à 50 0,2 1,5 à 5 5 à 10 2,2 14
Carbure de Silicium 450 0,17 3,15 4,5 2650
Diamant 1000 0,1 3,517 0,8 3500
Duralumin AU4G / 2017A 74 0,33 260 1 2,79 23 645

Matériaux Module de Young E (GPa) Coefficient de Poisson ν Limite élastique traction Re (MPa) Limite élastique compression Rc/Re Masse volumique (g/cm3) Coefficient dilatation α (10-6/°C) Température de fusion (°C)
Fer 196 0,21 1 7,873 11,8 1538
Fontes grises 90 à 120 0,29 180 à 250 3,3 7,1 à 7,2 9 à 11 1135 à 1350
Granite 10 à 80 0,25 à 0,35 2,6 à 2,7
Mercure 13,546 60,4 -38,83
Or 78 0,42 1 19,281 14,2 1064,18
Platine 168 1 21,45 8,8 1768,2
Plomb 18 0,44 1 11,35 28,9 327,462
PVC 2,4 1,2 à 1,35 50 à 100 160
Tungstène 406 0,28 882 1 19,253 4,59 3680
Verre à vitres 70 à 72 0,20 à 0,22 120 à 200 5 à 8 2,5 7 -
Verre pyrex 65 0,2 2,3 3 -