Quelle est la hauteur maximale d’une structure en guimauve pouvant supporter une charge?
Êtes-vous prêt à renoncer à une friandise sucrée pour le bien de la science ? Pouvez-vous concevoir une structure forte et stable à partir de quelque chose de doux et moelleux ?
Vous Avez Besoin
- Boîte de cure-dents
- Sac de guimauve
- Divers objets de différents poids (livres, blocs, contenants, etc.)
Précautions à prendre!
Quand vous aurez terminé l’activité, jetez tous les guimauves que vous avez utilisées. Ne les mangez pas!
Mesures à prendre
- En vous servant uniquement de 20 cure-dents et 10 guimauves, construisez une structure autoporteuse (qui n’est pas attachée à ou supportée par quelque chose d’autre) qui est aussi grande et aussi grosse que possible et qui peut également supporter un objet.
- Si votre structure est capable de supporter un objet, essayez d’en ajouter un autre. Combien d’objets votre structure peut-elle supporter?
- Ajoutez 20 autres cure-dents et 10 autres guimauves à votre structure et déterminez combien d’objets elle peut supporter.
- Continuez d’ajouter des cure-dents et des guimauves pour voir combien d’objets la structure peut supporter. Voyez jusqu’à quel point vous pouvez l’agrandir!
Découverte
Il existe diverses façons de construire des structures solides avec des objets qui semblent faibles. L’important est de reconnaître que certaines formes sont très solides.
La tour CN à Toronto (Ontario), au Canada, est une des plus grandes tours autoporteuses du monde. Les trois nervures qui traversent la tour de bas en haut créent une structure triangulaire. Si vous regardiez la tour d’en haut et vous traciez une ligne autour de ses fondations, le résultat serait un triangle.
Le cylindre est une autre forme très solide. Un cylindre unique peut être très solide, mais il n’est pas stable. Si la tour CN était en forme de cylindre, elle tomberait lors de la première rafale. Toutefois, si vous construisez une structure avec quatre cylindres, disposées en carré autour des fondations, le résultat sera très solide et stable.
Toute structure, y compris les tours en guimauve, est construite de façon qu’elle puisse supporter une certaine charge. Il existe deux grandes catégories de charges : les charges mortes (qui ne varient pas) et les charges vives (qui sont variables). De plus, il existe deux principales sous-catégories de charges mortes, soit les charges permanentes et les charges mobiles. La charge permanente d’une structure correspond au poids de la structure elle-même et de tout autre objet attaché physiquement. Les charges mobiles peuvent changer, mais elles sont les charges attendues au cours de l’usage régulier d’une structure, telles que les autos et les camions qui traversent un pont. Les charges vives correspondent aux impacts soudains, qu’ils soient prévus ou pas. Ces charges peuvent exercer des forces exceptionnelles, comme lors des ouragans, des tremblements de terre et des ondes de tempête. Les ingénieurs doivent prendre les charges vives en considération afin de construire des immeubles capables de résister à ces charges imprévues, ainsi que les charges mortes.
- Essayez de construire une nouvelle structure avec les guimauves. Combien de différents types de structures pouvez-vous construire? Laquelle est la plus solide? Lesquelles sont les moins solides? Quelles formes marchent les mieux?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Tout est dans la forme (Leçons) - Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « observer », « comparer ou différencier » et « tirer des conclusions » en étudiant la solidité de différentes formes utilisées dans des structures.
- Les formes solides à : Les cylindres (Leçons) - Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « comparer ou différencier », « observer » et « prédire » en étudiant la solidité de cylindres fabriqués avec différents matériaux.
- Structures : Statues et tours (Images) - 8 images de statues (Statue de la Liberté ou autres) et de tours du monde entier (Tour Eiffel, Tour CN, Tour de la cloche de Xi’an, etc.).
Qu’est-ce qui se passe?
Il existe diverses façons de construire des structures solides avec des objets qui semblent faibles. L’important est de reconnaître que certaines formes sont très solides.
La tour CN à Toronto (Ontario), au Canada, est une des plus grandes tours autoporteuses du monde. Les trois nervures qui traversent la tour de bas en haut créent une structure triangulaire. Si vous regardiez la tour d’en haut et vous traciez une ligne autour de ses fondations, le résultat serait un triangle.
Le cylindre est une autre forme très solide. Un cylindre unique peut être très solide, mais il n’est pas stable. Si la tour CN était en forme de cylindre, elle tomberait lors de la première rafale. Toutefois, si vous construisez une structure avec quatre cylindres, disposées en carré autour des fondations, le résultat sera très solide et stable.
Pourquoi est-ce important?
Toute structure, y compris les tours en guimauve, est construite de façon qu’elle puisse supporter une certaine charge. Il existe deux grandes catégories de charges : les charges mortes (qui ne varient pas) et les charges vives (qui sont variables). De plus, il existe deux principales sous-catégories de charges mortes, soit les charges permanentes et les charges mobiles. La charge permanente d’une structure correspond au poids de la structure elle-même et de tout autre objet attaché physiquement. Les charges mobiles peuvent changer, mais elles sont les charges attendues au cours de l’usage régulier d’une structure, telles que les autos et les camions qui traversent un pont. Les charges vives correspondent aux impacts soudains, qu’ils soient prévus ou pas. Ces charges peuvent exercer des forces exceptionnelles, comme lors des ouragans, des tremblements de terre et des ondes de tempête. Les ingénieurs doivent prendre les charges vives en considération afin de construire des immeubles capables de résister à ces charges imprévues, ainsi que les charges mortes.
Aller plus loin
- Essayez de construire une nouvelle structure avec les guimauves. Combien de différents types de structures pouvez-vous construire? Laquelle est la plus solide? Lesquelles sont les moins solides? Quelles formes marchent les mieux?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Tout est dans la forme (Leçons) - Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « observer », « comparer ou différencier » et « tirer des conclusions » en étudiant la solidité de différentes formes utilisées dans des structures.
- Les formes solides à : Les cylindres (Leçons) - Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « comparer ou différencier », « observer » et « prédire » en étudiant la solidité de cylindres fabriqués avec différents matériaux.
- Structures : Statues et tours (Images) - 8 images de statues (Statue de la Liberté ou autres) et de tours du monde entier (Tour Eiffel, Tour CN, Tour de la cloche de Xi’an, etc.).