TPE
ABSORPTION DES CHOCS
IV. EXPERIENCES
Hypothèse: Les fluides rhéoépaississants permettent une résistance des chocs.
Nous allons tester la résistance des chocs à l'aide de deux expériences :
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Lancer d'oeufs sur les 3 surfaces rhéoépaississantes
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Création d'une protection autour de l'oeuf
PROTOCOLE de fabrication du slime Borax-PVA
Matériel:
- 2 béchers
- 2 erlenmeyers
- Baguette en verre
Solution de borax :
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Mettre 40 g de borax dans une bouteille propre de 1 L, puis compléter avecde l'eau distillée jusqu'à presque 1 L.
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Agiter pour dissoudre tout le borax, puis compléter la bouteille de 1 L avec de l'eau distillée.
Solution de PVA à 8%.
Fabrication du slime
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Dans un bécher, verser environ 10 mL de solution de borax et y ajouter éventuellement un colorant de son choix.
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Dans un autre bécher,verser environ 100 mL de la solution en PVA.
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À l'aide de la baguette en verre, agiter continuellement la solution de PVA tout en ajoutant la solution de borax colorée.
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Continuer à mélanger vigoureusement jusqu'à obtention d'une pâte gluante mais non-collante : le Slime
Solution de slime Borax + PVA
Solution de slime Maïzena + eau
Experience témoin
Oeuf lancé à 30cm :
Em = 1.18J
Expérience 1
EXPERIENCE 1 : Lancer d'oeuf sur les 3 surfaces rhéoépaississantes
Nous préparons 2 fluides non newtonien :
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Une solution de slime composée de tétraborate de sodium décahydraté ainsi que d'alcool polyvinylique.
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Une solution de slime composée de Maïzena et d'eau (1/3 d'eau - 2/3 de Maïzena).
Suite à ces expériences, nous calculons l'énergie nécessaire à un objet afin que le choc soit absorbé et l'objet protégé.
Pour cela nous utilisons la formule de l'énergie mécanique (Em) mettant en relation l'énergie cinétique (Ec) et l'énergie potentielle de pesanteur (Epp) :
Em=Ec + Epp
L'énergie mécanique reste constante en fonction du temps:
- Pour le slime maîzena, oeuf lancé à 30cm
(m=400.5g)
à t=0s : Emi=Eppi + Eci
et Eci=0 car vi=0
on a Emi=Eppi=mgzi=1.18J
et à tf=0.123 : Emf=Eppf + Ecf
et Eppf=0 car z=0
on a : Emf=Ecf=1/2mv2=1.18J
Em=1.18J
Le slime eau+maïzena n'absorbe pas le choc lorsque l'énergie de l'objet est inférieure ou égale à, 1.18J. La hauteur étant trop faible, les molécules d'amidon n'ont pas le temps de se regrouper pour former une surface solide et ainsi protéger l'objet.
- Même démarche pour le slime Borax+PVA (m=278g)
On trouve Em=0.82J
Grâce à cette vidéo, on voit que l'œuf se casse uniquement au lancer à 30 cm sur le slime composé de maïzena. D'après nos calculs, on en déduit qu'à une énergie de 1.18J, le slime maïzena n'absorbe pas le choc. A 50 cm l'œuf ne se brise pas, et l'énergie est de 1.96J, on en conclut que le slime maïzena+eau absorbe les chocs lorsque l'énergie cinétique est supérieure à 1.18J.
Le slime maïzena+eau est incapable d'absorber les chocs pour de petites hauteurs, contrairement au slime borax-pva, qui lui peut les absorber grâce à ses propriétés rebondissantes. Néanmoins, ce slime présente une limite lorsque les hauteurs deviennent plus importantes, et que l'énergie que ce dernier doit absorber est intensifiée.
Expérience 2
Dans l'expérience 2, nous avons emballé un oeuf dans chaque paquet de slime (de l'expérience 1). Puis nous les avons lâchés suivant différentes hauteurs : 1m, 1.5m et 2m.
Grâce à cette seconde expérience, nous observons que de 1m à 2m, entouré respectivement des deux slimes, l'œuf ne se casse pas. Cela montre que ces deux matières sont capables de protéger des chocs un objet fragile.
D'aprés nos calculs, pour 2m, on trouve Em=7.85J pour le slime maïzena-eau et Em=5.45J pour le slime borax-PVA. Les slimes sont donc capables d'absorber respectivement un choc d'énergie supérieur à 7.85 J ou 5.45 J
Expériences avec le D3o
N'ayant pu nous procurer le D3o sous forme de "pâte", et donc n'ayant pas le materiel adéquat pour réaliser ces expériences avec le D3o, nous avons trouvé une vidéo d'une expérience similaire sur internet, sur le site MobileFunTV (cf ci-contre).
Suite à cette vidéo, nous pouvons conclure que le D3o présente la même résistance aux chocs que le slime maïzena, car il absorbe le choc, mais il possède aussi les mêmes propriétés viscoélastiques que le slime Borax-PVA car il rebondit.
Nous avons ensuite attaché à la main de Thibaut la hanchière de D3o, puis frappé dessus à l'aide d'un marteau. Le choc ressenti ne fut d'aucune intensité, mais une pression était quand même perceptible.