Force spécifique - Specific strength

La résistance spécifique est la résistance d' un matériau (force par unité de surface à la rupture) divisée par sa densité . Il est également connu sous le nom de rapport résistance-poids ou rapport résistance/poids ou rapport résistance-masse . Dans les applications de fibres ou de textiles, la ténacité est la mesure habituelle de la résistance spécifique. L'unité SI de résistance spécifique est Pa ⋅ m ³ / kg , ou N ⋅m / kg, ce qui est de forme équivalente à m ² / s ² , bien que cette dernière forme est rarement utilisé. La force spécifique a les mêmes unités que l' énergie spécifique et est liée à l'énergie spécifique maximale de rotation qu'un objet peut avoir sans s'envoler en raison de la force centrifuge .

Une autre façon de décrire la résistance spécifique est la longueur de rupture , également connue sous le nom de longueur d'auto-support : la longueur maximale d'une colonne verticale du matériau (en supposant une section transversale fixe) qui pourrait suspendre son propre poids lorsqu'elle n'est soutenue que par le haut. Pour cette mesure, la définition du poids est la force de gravité à la surface de la Terre ( gravité standard , 9,80665 m/s ² ) s'appliquant à toute la longueur du matériau, ne diminuant pas avec la hauteur. Cette utilisation est plus courante avec certaines applications de fibres ou textiles de spécialité.

Les matériaux avec les résistances spécifiques les plus élevées sont généralement des fibres telles que la fibre de carbone , la fibre de verre et divers polymères, et ceux-ci sont fréquemment utilisés pour fabriquer des matériaux composites (par exemple, fibre de carbone-époxy ). Ces matériaux et d'autres tels que le titane , l' aluminium , le magnésium et les alliages d'acier à haute résistance sont largement utilisés dans l' aérospatiale et d'autres applications où les économies de poids valent le coût des matériaux plus élevé.

Notez que la résistance et la rigidité sont distinctes. Les deux sont importants dans la conception de structures efficaces et sûres.

Calculs de longueur de rupture

${\displaystyle L={\frac {T_{s}/\rho }{\mathbf {g} }}}$

où est la longueur, est la résistance à la traction, est la densité et est l'accélération due à la pesanteur ( m/s ) ${\style d'affichage L}$${\displaystyle T_{s}}$${\style d'affichage \rho }$${\displaystyle \mathbf {g} }$${\style d'affichage \environ 9.8}$${\style d'affichage ^{2}}$

Exemples

Les données de ce tableau proviennent des meilleurs cas et ont été établies pour donner un chiffre approximatif.

• Remarque : les nanotubes de carbone à parois multiples ont la résistance à la traction la plus élevée de tous les matériaux jamais mesurés, les laboratoires les produisant à une résistance à la traction de 63 GPa, toujours bien en deçà de leur limite théorique de 300 GPa. Les premières cordes de nanotubes (20 mm de long) dont la résistance à la traction a été publiée (en 2000) avaient une résistance de 3,6 GPa, encore bien en deçà de leur limite théorique. La densité est différente selon la méthode de fabrication, et la valeur la plus basse est de 0,037 ou 0,55 (solide).

Le « Yuri » et les attaches spatiales

L' International Space Elevator Consortium utilise le "Yuri" comme nom pour les unités SI décrivant la force spécifique. La résistance spécifique est d'une importance fondamentale dans la description des matériaux des câbles d' ascenseur spatial . Un Yuri est conçu pour être l'unité SI pour la limite d'élasticité (ou contrainte de rupture) par unité de densité d'un matériau sous tension. Un Yuri équivaut à 1 Pa⋅m ³ /kg ou 1  N ⋅ m / kg , qui est la force de rupture/élasticité par densité linéaire du câble sous tension. Un ascenseur spatial terrestre fonctionnel nécessiterait une attache de 30 à 80 mégaYuri (correspondant à 3 100 à 8 200 km de longueur de rupture).

Limite fondamentale de la force spécifique

La condition d'énergie nulle impose une limite fondamentale à la résistance spécifique de tout matériau. La force spécifique est limitée pour ne pas être supérieure à c ² ~9 × 10 ¹³  kN ⋅ m / kg , où c est la vitesse de la lumière . Cette limite est atteinte par les lignes de champ électrique et magnétique, les tubes de flux QCD et les cordes fondamentales supposées par la théorie des cordes .

Ténacité (résistance textile)

La ténacité est la mesure habituelle de la résistance d'une fibre ou d'un fil . Elle est généralement définie comme la force (de rupture) ultime de la fibre (en unités de gramme- force) divisée par le denier . Parce que le denier est une mesure de la densité linéaire, la ténacité s'avère n'être pas une mesure de force par unité de surface, mais plutôt une mesure quasi sans dimension analogue à la résistance spécifique. Une ténacité de correspond à : Principalement Ténacité exprimée en rapport en cN/tex. ${\style d'affichage 1}$${\displaystyle {\frac {1{\rm {\,g}}\cdot 9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}}{1{\rm {\,g}}/9000{\ rm {\,m}}}}={\frac {9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}}{1/9000{\rm {\,m}}}}=9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}\,9000{\rm {\,m}}=88259.85{\rm {\,m^{2}s^{-2}}}}$

Voir également

• Module spécifique
• Ascenseur spatial
• Attache spatiale

Les références

Liens externes

• Rigidité spécifique - Tableau de résistance spécifique , Université de Cambridge, Département d'ingénierie