LES FLUIDES RHÉOÉPAISSISSANTS DANS LA PROTECTION
Comme vu dans la Partie I les fluides rhéopaissisants sont des fluides qui se ‘’solidifient’’ lorsque l’on applique une force sur ce dernier. Nous avons donc réalisé 2 expériences pour montrer les propriétés physiques et voir si cela pouvait être utile dans le domaine de la protection
Le mélange eau-maïzena :
Le mélange eau maïzena est un mélange très connu pour ses propriétés rhéoéopaissisantes : La maïzena est de l’amidon de mais (C6H10O5)n. Lorsque l’on ajoute de l’eau (H20) des liaisons Hydrogène se forment entre les molécules de glucose et celles de l’eau ce qui forme des colloïdes, et ce qui donne un aspect plutôt liquide/visqueux au mélange. Lorsque l’on applique une force, les liaisons Hydrogène sont détruites et les molécules d’eau sont ‘’chassées“ ce qui donne l’état solide au mélange.
Nous avons réalisé 2 schémas pour montrer les propriétés moléculaires de ce mélange :
Ci-dessus:
Schéma des molécules d’amidon dispersées dans de l’eau sous contrainte nulle. (à gauche)
Schéma de molécules d’amidon dispersées dans de l’eau sous contrainte. (à droite)
Expérience : Le mélange eau-maïzena est quelques chose de très simple à reproduire puisque cela nécessite que 2 ingrédients , l’eau et la maïzena. Nous avons donc réalisé ce mélange eau maïzena dans les proportions suivantes :
10 cuillères de maïzena pour 5 d’eau
Suite à la création de ce fluide non newtonien, nous avons réalisé un test sur ce dernier. Celui-ci consistait à mesurer l’énergie cinétique en Joule nécessaire pour que le fluide soit suffisamment solide . Pour ce faire, nous avons pris une cuillère à soupe d’une masse de 50g. Suite à cela nous avons lâché la cuillère dans le mélange en chute libre à différentes hauteurs, tout les cm. Puis nous avons regardé à partir de quelles hauteurs, le fluide venait solide. Grâce à la formule suivante : Ec (joule ) = ½ *m(kg)*v(m/s) nous avons calculé l’énergie cinétique nécessaire pour que le fluide devienne solide. La vitesse de la cuillère n’étant pas constante en chute libre nous avons calculé la vitesse d'un caillou à chaque distance grâce à la formule suivante : v = √[2×g×h] . V étant la vitesse en m/s, g la constante de gravitation 9,81 m.s-2 et h la distance en mètre.
Nous avons classé les résultats dans un tableau:
|
Distance Mélange/Cuillère |
1cm |
2cm |
3cm |
4cm |
5cm |
6cm |
7cm |
8cm |
9cm |
|
Vitesse m/s |
0.44 |
0.63 |
0.77 |
0.89 |
0.99 |
1.08 |
1.17 |
1.25 |
1.33 |
|
Energie Cinétique Joule |
0.05 |
0.10 |
0.15 |
0.20 |
0.25 |
0.30 |
0.35 |
0.40 |
0.45 |
|
Etat obtenue |
Visqueux |
Visqueux |
Visqueux |
Liquide visqueux |
Solide visqueux |
Solide |
Solide |
Solide |
Solide |
Durant l’expérience, nous avons remarqué que en dessous de 3 cm, la cuillère s’enfonçait directement dans le fluide. Entre 3 et 5 cm la cuillère rebondissait un tout petit peu et s’enfonçait ensuite. Au dessus 5 cm la cuillère rebondissait et ne s’enfonçait pas.
Grâce au tableau ci dessus, on peu en déduire que le mélange eau maïzena n’a pas besoin d'une grande force appliquée dessus pour qu'il devienne très rapidement solide puisque qu’il suffit que l’énergie cinétique de l’objet soit à environ 0.25 Joules pour que le fluide commence vraiment à devenir solide.
Les résultats ainsi obtenus nous avons comparé l’énergie cinétique nécessaire pour que le mélange devienne solide à l’énergie de :
-Soulever une pomme de 100 grammes d’un mètre de la terre = 1 joule
-une balle de tennis à 200 km/h = 90 joules
-une balle en plomb à 330 m/s = 140 joules
Suite à cette comparaison nous pouvons remarquer que l’énergie en joule est bien supérieure à celle besoin pour que le mélange devienne solide.
Le mélange eau-maïzena peut donc faire être utile comme outil de protection. Pour par exemple transporter des objets fragile ou être utilisé comme gilet par balle.
Le seul problème reste le fait que ce mélange ne supporte pas très bien l’air libre et à tendance à moisir au bout de quelques jours.
Les chercheurs travaillent sont donc à la recherche d’autres fluides rhéoépaississants pouvant être utilisés comme moyen de protection.