Comment la température affecte l’étirement d’un élastique

La plupart des choses dans la nature se comportent d’une manière assez prévisible. La plupart des gens peuvent faire des prédictions sur la température et la façon dont elle affectera les choses : la chaleur se dilate, le froid se contracte. Regardez un gâteau dans un four, et vous remarquerez qu’il prend de l’expansion au fur et à mesure que la pâte se réchauffe. Quand beaucoup de gens considèrent un élastique, ils s’attendent à ce qu’il se comporte de la même façon, mais ce qui est étrange à propos du caoutchouc, c’est qu’il fait le contraire.

Les idées fausses

L’hypothèse est qu’un élastique chauffant se dilatera. Cependant, si vous chauffez un élastique avec un sèche-cheveux, vous remarquerez qu’il fait exactement le contraire, c’est-à-dire qu’il se contracte ! L’élastique va rétrécir à cause des propriétés moléculaires du caoutchouc. Les bandes de caoutchouc deviennent aussi plus fragiles lorsqu’elles sont chaudes – quelque chose que vous pourriez associer au froid parce que vous avez vu la glace se briser lorsqu’elle est frappée par quelque chose de solide.

Molécules

Tout dans le monde est composé de molécules, et les élastiques ne font pas exception. Les molécules sont des particules minuscules, composées de plusieurs atomes différents. Dans les solides, comme le caoutchouc, ils essaient de s’assembler en une seule forme. Des millions et des millions de molécules de caoutchouc disposées en bande et jointes aux deux extrémités forment un élastique. Les molécules, cependant, sont affectées par la température – elles se déplacent plus vite avec plus de chaleur, plus lentement avec moins de chaleur.

Comportement normal

Sous des températures normales, la raison pour laquelle un élastique se rétracte est également due à ses propriétés moléculaires. Les brins qui composent l’élastique sont étirés, mais ils veulent retrouver leur forme normale. C’est un peu comme quand on s’étire après s’être assis longtemps : on lève les bras en l’air, mais on ne veut pas se promener comme ça (du moins, pas très souvent). Vos muscles sont plus à l’aise dans leur position de repos ; il en va de même pour les molécules d’un élastique.

Effets de la chaleur

Le comportement des molécules sous l’effet de la chaleur suggère que l’élastique devient plus flexible et plus large. Cependant, en raison de la disposition des particules, la bande devient plus petite. C’est un peu comme une clôture sur une colline, lorsque tous les clous sont en place, la clôture est solide, mais si vous enlevez ces clous et rendez les lattes plus mobiles, elle finira par s’effondrer dans la colline – et prendra moins d’espace. C’est une analogie imparfaite, car l’élastique conservera sa forme, mais le concept est proche.

Effets du froid

L’inverse est également vrai. Si vous refroidissez un élastique, il devient plus extensible et se dilate légèrement. C’est parce que les molécules deviennent plus organisées en une forme d’étirement plus efficace. Parce que les molécules sont plus rigides et structurées, elles sont en fait plus fortes. Pour revenir à l’analogie de la clôture, une clôture plus droite et mieux construite sera en fait beaucoup plus solide qu’une clôture bâtie de mauvaise qualité. Encore une fois, l’analogie est imparfaite, car les clôtures ne s’étirent pas très bien.