FORMULES de PHYSIQUE
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DURETES
-duretés
Le mot DURETE a plusieurs sens en Physique
1.DURETÉ d'un OBJET ÉLASTIQUE
(synonymes >> Raideur et Constante de rappel)
C'est l’énergie dépensée dans la section de l'appareil (un ressort par exemple)
Symbolisée W’d (exprimée en N/m), c’est donc une densité superficielle d’énergie
Dimension M.T-2 unité S.I.+ N/m
-cas du ressort
W'd = F / lé
W’d(N/m)= dureté (ou constante de rappel du ressort, ou raideur) = énergie dépensée dans la section du ressort
Valeur pratique # 100 N/m.
F(N)= force appliquée au ressort
lé(m)= son élongation
-l'inverse de la dureté est nommée souplesse (ou éventuellement complaisance)
2.DURETE d'un LIQUIDE
La dureté d'un liquideest une caractéristique chimique du liquide (dite parfois dureté dynamique) représentant un % d'ions caractéristiques
On utilise surtout la dureté de l’eau (% d’ions calcium et magnésium), qui se mesure en degrés hydrotimétriques (échelle), mais sans normalisation mondiale
En France, on utilise une échelle dite T. H. où l’on distingue: l’eau douce (de 1 à 10 degrés), l’eau moyenne (de 11 à 15 degrés), l’eau dure ou eau calcaire (de 16 à 25 degrés, l’eau dure (26 à 36) puis l’eau très dure (au-delà de 36).
Une valeur de dureté, multipliée par 10, donne la valeur en grammes de calcaire par m3
En Grande-Bretagne une autre échelle est environ 25% plus faible que la française
En Allemagne une 3° échelle est environ 40% plus faible que la française
3.DURETE d'un METAL
il s’agit ici de la résistance surfacique (donc une pression) présentée par un métal soumis à une pénétration (force) en surface
Elle est exprimée avec des unités incohérentes (sous forme d’échelles).
Plusieurs échelles de dureté existent, qui n’ont guère de correspondances entre elles.
Les plus courantes sont citées ci-après :
Dureté Brinell qui a une pseudo-unité valant environ 3,5.104 Pa pour l’acier (et # 5.104 Pa pour le cuivre)
L’unité est telle que le point 100 de l’échelle correspond à un diamètre (d) de 5,87 millimètres pour la trace laissée sur l’acier par une bille d’acier trempé d’un diamètre de 1 centimètre, sur laquelle on a appliqué une charge F de 3000 kilogrammes-poids.
Le nombre d’unités Brinell (acier) est alors
d*B= 3000 / 157[100 -(100 – d²)1/2]
ou encore 0,102.F/S (S étant la section de l’empreinte)
Dureté Vickers (notée parfois HV) = mesure de la diagonale (en 2000° de millimètre) de l’empreinte d’une pyramide quadrangulaire en acier de 138 degrés d’angle au sommet et chargée de 120 kilog.-poids (soit 1177 N) ou encore 0,189.F/ ld² (ld étant la diagonale de l’empreinte)
Dureté Rockwell = mesure de la trace (en 2000° de millimètre) de :
-pour Rockwell B :1bille d’acier de diamètre 1,59 mm, chargée à 90 kilogrammes-poids (soit 883 N)
-pour Rockwell C :un cône de diamant, d’angle au sommet 120°, de rayon terminal 0,2 mm et chargé à 140 kilogrammes-poids (soit 1373 N)
Dureté Shore = mesure du rebondissement d’un marteau (exprimé en millimètres)
TABLEAU de CORRESPONDANCES entre les diverses duretés métalliques
Sur chaque ligne ci-dessous, on trouve 5 nombres : le 1° nombre (est la dureté Brinell)--le 2° nombre (l'équivalence en Vickers HV), le 3° nombre (l'équivalence en Rockwell B) , le 4° nombre (l'équivalence en Rockwell C) et le 5° nombre (l'équivalence en Shore)
750 1000 --- 70 106
680 820 --- 65 101
545 620 --- 55 88
480 525 --- 50 79
370 385 --- 40 62
280 280 --- 30 46
215 215 95 20 34
140 140 75 --- 23
100 100 55 --- 18
4.DURETE du BOIS
La dureté ici n'a plus de dimension: c'est une échelle, définie comme l'inverse de la mesure d’une profondeur d’entaille dans un échantillon du bois sec de 2 cm. d’épaisseur.
L’entaille est le résultat de l’application d’une charge de 200 kilogrammes-poids (soit 1962 Newtons) pendant 5 secondes, par l’intermédiaire d’un cylindre d’acier de 3 cm de diamètre
L'échelle correspondante est dénommée "échelle de Chalais-Meudon" (allant de 1 à 10)
Exemples de dureté en échelle Chalais-Meudon (les bois les plus denses ayant le coefficient le plus élevé, donc les plus durs)
azobé, ipé (9)--charme, chêne(5 à 8,5)--chataignier, frêne, iroko, niangon, noyer, pin (2,5 à 5), acajou, douglas, épicéa, okoumé, pin rouge, sapin (1,3 à 2,5)--peuplier, red cedar, séquoia (1,2)
5.DURETE des ROCHES
il s'agit également d'une échelle, dite échelle MOHS, qui repère les duretés à travers diverses pierres.10 échelons sont définis, sans cohérence :
1(talc)--2(gypse)--3(calcite)--4(fluorite)--5(apatite)--6(orthose)--7(quartz)--8(topaze)--9(corindon)--10(diamant)
6.DURETE MAGNETIQUE
il s'agit de matériaux à forte magnétisation