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wiki:projet:l3phys1920:lu3py024g4:journal [2020/05/08 15:50]
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wiki:projet:l3phys1920:lu3py024g4:journal [2020/10/05 14:39] (Version actuelle)
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| <fs large>//__05/02/2020__// </fs>: Première réunion du groupe au complet et entretien avec le professeur référent. Voici les points abordés : | <fs large>//__05/02/2020__// </fs>: Première réunion du groupe au complet et entretien avec le professeur référent. Voici les points abordés : |
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| * Notre objectif principal est de reproduire le modèle de réfrigérateur réalisé dans la vidéo [[https://www.youtube.com/watch?v=lfmrvxB154w|Rubber Bands Refrigerator]] tout en optimisant les matériaux de l'enceinte, la nature des élastiques, la structure et le mécanisme du réfrigérateur. | * Notre objectif principal est de reproduire le modèle de réfrigérateur réalisé dans la vidéo [[https://www.youtube.com/watch?v=lfmrvxB154w|Rubber Bands Refrigerator]] tout en optimisant les matériaux de l'enceinte, la nature des élastiques, la structure et le mécanisme du réfrigérateur. |
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| |{{ :wiki:projet:l3phys1920:rendu_global.jpg?400 }}| | |{{ :wiki:projet:l3phys1920:rendu_global.jpg?400 }}| |
| |Image 1 : Prototype du réfrigérateur, extrait de la vidéo citée| | |Image 1 : Prototype du réfrigérateur, extrait de la vidéo citée| |
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| * À propos du wiki: nous nous fixons une deadline hebdomadaire de rédaction : à dimanche 15h, les choses doivent être mises au propre. | * À propos du wiki: nous nous fixons une deadline hebdomadaire de rédaction : à dimanche 15h, les choses doivent être mises au propre. |
| Nous devons répertorier toutes nos sources, quelles qu'elles soient, quitte à faire le tri à la fin. | Nous devons répertorier toutes nos sources, quelles qu'elles soient, quitte à faire le tri à la fin. |
| Nous avons convenu de nous rassembler <color #ed1c24>mercredi 12 février à 16h</color> pour faire le point et faire nos expériences. | Nous avons convenu de nous rassembler <color #ed1c24>mercredi 12 février à 16h</color> pour faire le point et faire nos expériences. |
| ajouter des schémas et des photos pour les expériences ou pour les mécanismes | ajouter des schémas et des photos pour les expériences ou pour les mécanismes |
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| * Le choix des élastiques est notre priorité car toutes les dimensions du réfrigérateur en dépendront, c'est pourquoi les tests de sélection des élastiques doivent être faits rapidement. L'achat des élastiques est lancé pour mercredi, nous partons sur deux modèles, de dimensions 120 x 8 mm et 150 x 6 mm (longueur x largeur). | * Le choix des élastiques est notre priorité car toutes les dimensions du réfrigérateur en dépendront, c'est pourquoi les tests de sélection des élastiques doivent être faits rapidement. L'achat des élastiques est lancé pour mercredi, nous partons sur deux modèles, de dimensions 120 x 8 mm et 150 x 6 mm (longueur x largeur). |
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| Il faut que les élastiques puissent supporter le plus grand allongement possible pour qu'on puisse y récupérer un maximum d'énergie. On veut également qu'ils soient le plus épais pour qu'ils soient solides et aient une assez grande raideur, car la raideur d'un élastique constitué d'un matériau polymère de type caoutchouc, est liée à la température, selon la source <color #ed1c24>INSÉRER UNE SOURCE + ÉTAYER LA RELATION</color>. | Il faut que les élastiques puissent supporter le plus grand allongement possible pour qu'on puisse y récupérer un maximum d'énergie. On veut également qu'ils soient le plus épais pour qu'ils soient solides et aient une assez grande raideur, car la raideur d'un élastique constitué d'un matériau polymère de type caoutchouc, est liée à la température, selon la source <color #ed1c24>INSÉRER UNE SOURCE + ÉTAYER LA RELATION</color>. |
| Nous avons aussi considéré l'existence des élastique de déménagements, dont la largeur est de l'ordre de 3 cm et la longueur de 1m. On aurait pu les couper pour les nouer ou les attacher à la longueur dont on aurait eu besoin. Après discussion au sein du groupe, l'idée ne paraissait pas viable à cause du supposé manque de solidité et des pertes d'énergie dues au nœud que l'on aurait pu faire. | Nous avons aussi considéré l'existence des élastique de déménagements, dont la largeur est de l'ordre de 3 cm et la longueur de 1m. On aurait pu les couper pour les nouer ou les attacher à la longueur dont on aurait eu besoin. Après discussion au sein du groupe, l'idée ne paraissait pas viable à cause du supposé manque de solidité et des pertes d'énergie dues au nœud que l'on aurait pu faire. |
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| * Quant à l'enceinte nous avons plusieurs choix possibles, notamment du bois ou du plastique. | * Quant à l'enceinte nous avons plusieurs choix possibles, notamment du bois ou du plastique. |
| Le bois a pour avantage sa facilité de découpe grâce à la découpeuse laser du fablab [[http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/doku.php?id=wiki:utilisationlaser|Trotec Speedy 100]], son inconvénient est sa faible capacité d'isolation thermique (sur une épaisseur de paroi du moins). | Le bois a pour avantage sa facilité de découpe grâce à la découpeuse laser du fablab [[http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/doku.php?id=wiki:utilisationlaser|Trotec Speedy 100]], son inconvénient est sa faible capacité d'isolation thermique (sur une épaisseur de paroi du moins). |
| L'avantage d'une structure en plastique issue d'imprimante 3D pourrait être sa meilleure capacité d'isolation thermique, cependant celles du Fablab auxquelles nous avions accès sont très petites (voir [[http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/doku.php?id=wiki:upmini| La Up-mini]], elles ne permettent que de construire des objets de taille 120 x 120 x 120 mm, et sont souvent défectueuses. | L'avantage d'une structure en plastique issue d'imprimante 3D pourrait être sa meilleure capacité d'isolation thermique, cependant celles du Fablab auxquelles nous avions accès sont très petites (voir [[http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/doku.php?id=wiki:upmini| La Up-mini]], elles ne permettent que de construire des objets de taille 120 x 120 x 120 mm, et sont souvent défectueuses. |
| Nous utiliserons donc probablement du bois. Récupérer de la laine de verre pour l'isolation pourrait de plus l'améliorer, mettre plusieurs couches séparées par de l'air ou du vide selon les moyens, comme un double vitrage, peut être aussi une idée intéressante afin d'avoir l'enceinte la plus calorifugée possible. | Nous utiliserons donc probablement du bois. Récupérer de la laine de verre pour l'isolation pourrait de plus l'améliorer, mettre plusieurs couches séparées par de l'air ou du vide selon les moyens, comme un double vitrage, peut être aussi une idée intéressante afin d'avoir l'enceinte la plus calorifugée possible. |
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| * Le mécanisme est en grande partie composé d'engrenages. Sur la vidéo, ils sont fait en bois, ce qui donne lieu à de nombreux lieux de friction, et donc de nombreux lieux où de chaleur est générée au sein de l'enceinte, nous faisant perdre en efficacité. (figure ci-dessous) | * Le mécanisme est en grande partie composé d'engrenages. Sur la vidéo, ils sont fait en bois, ce qui donne lieu à de nombreux lieux de friction, et donc de nombreux lieux où de chaleur est générée au sein de l'enceinte, nous faisant perdre en efficacité. (figure ci-dessous) |
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| |{{wiki:projet:l3phys1920:points_de_chauffe_petites_variations_de_temperature.jpg?400| }}| | |{{wiki:projet:l3phys1920:points_de_chauffe_petites_variations_de_temperature.jpg?400| }}| |
| Nous pensons à ajouter des ventilateurs pour homogénéiser la température l'air à l'intérieur du réfrigérateur et à l'extérieur pour celle des élastiques. | Nous pensons à ajouter des ventilateurs pour homogénéiser la température l'air à l'intérieur du réfrigérateur et à l'extérieur pour celle des élastiques. |
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| * Objectif de la semaine suivante : avoir un protocole de sélection des élastiques, faire cette sélection mercredi avec la caméra thermique et un banc d'optique et faire le diagramme de Gantt, se répartir les tâches. | * Objectif de la semaine suivante : avoir un protocole de sélection des élastiques, faire cette sélection mercredi avec la caméra thermique et un banc d'optique et faire le diagramme de Gantt, se répartir les tâches. |
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| Malgré quelques difficultés à utiliser la caméra thermique (mises au points, trouver un bon angle...) nous avons obtenu pour chacun des élastique des captures vidéo plus ou moins satisfaisantes. Après une étude rapide sur SmartView 3.3 nous avons pu tirer plusieurs conclusions : | Malgré quelques difficultés à utiliser la caméra thermique (mises au points, trouver un bon angle...) nous avons obtenu pour chacun des élastique des captures vidéo plus ou moins satisfaisantes. Après une étude rapide sur SmartView 3.3 nous avons pu tirer plusieurs conclusions : |
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| * L'élongation à 4-5 fois la taille au repos semble être un bon compromis pour une première expérience : obtenir une élongation permettant de voir une différence de température avec la caméra thermique, sans casser l'élastique (environ 6 fois la taille au repos pour les élastiques épais). | * L'élongation à 4-5 fois la taille au repos semble être un bon compromis pour une première expérience : obtenir une élongation permettant de voir une différence de température avec la caméra thermique, sans casser l'élastique (environ 6 fois la taille au repos pour les élastiques épais). |
| * Les élastiques plus épais, comme prévu, se sont montré bien plus résistants à une forte élongation que le fin (120 x 2 mm). Cependant nous avons remarqué que leur épaisseur jouaient en leur défaveur : C'est l'élastique 120 x 2 mm <color #ed1c24>(à vérifier ?)</color> qui semble présenter la plus grande différence de température avant et après élongation, à longueur fixe comme à longueur maximale (il peut être étiré jusqu'à presque 1m !) | * Les élastiques plus épais, comme prévu, se sont montré bien plus résistants à une forte élongation que le fin (120 x 2 mm). Cependant nous avons remarqué que leur épaisseur jouaient en leur défaveur : C'est l'élastique 120 x 2 mm <color #ed1c24>(à vérifier ?)</color> qui semble présenter la plus grande différence de température avant et après élongation, à longueur fixe comme à longueur maximale (il peut être étiré jusqu'à presque 1m !) |
| Malheureusement, les mesures sur les élastiques plus épais, que l'on avait envisagé d'utiliser pour leur résistance à la rupture, furent bien moins probantes. Ils sont plus solides sur le long terme, mais bien moins efficaces. | Malheureusement, les mesures sur les élastiques plus épais, que l'on avait envisagé d'utiliser pour leur résistance à la rupture, furent bien moins probantes. Ils sont plus solides sur le long terme, mais bien moins efficaces. |
| * Il va donc falloir trouver un compromis entre les dimensions limitées de notre réfrigérateur et la capacité d'absorption de la chaleur des élastiques en fonction de leur élongation. En effet, nous avons pu observer une variation de température certes, mais à volume fixé nous ne savons pas si l'efficacité de l'élastique est toujours la même : aura-t-il toujours un effet réfrigérant dans un volume trop grand ? Combien d'élastique faudra-t-il mettre ? Vaut-il mieux privilégier un petit volume, quitte à ne pas exploiter pleinement les capacités thermiques des élastiques ? | * Il va donc falloir trouver un compromis entre les dimensions limitées de notre réfrigérateur et la capacité d'absorption de la chaleur des élastiques en fonction de leur élongation. En effet, nous avons pu observer une variation de température certes, mais à volume fixé nous ne savons pas si l'efficacité de l'élastique est toujours la même : aura-t-il toujours un effet réfrigérant dans un volume trop grand ? Combien d'élastique faudra-t-il mettre ? Vaut-il mieux privilégier un petit volume, quitte à ne pas exploiter pleinement les capacités thermiques des élastiques ? |
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| Nous avons envisagé d'autres structures pour notre réfrigérateur. | Nous avons envisagé d'autres structures pour notre réfrigérateur. |
| Un changement majeur aurait été l'utilisation de la torsion des élastiques (déjà expérimentée par des chercheurs américains et chinois, dont l'article //Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers// est résumé [["https://www.siliconrepublic.com/machines/eco-friendly-refrigeration-rubber-band-twist"| ici]]), nécessitant plusieurs moteurs et une toute autre conception. | Un changement majeur aurait été l'utilisation de la torsion des élastiques (déjà expérimentée par des chercheurs américains et chinois, dont l'article //Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers// est résumé [[https://www.siliconrepublic.com/machines/eco-friendly-refrigeration-rubber-band-twist| ici]]), nécessitant plusieurs moteurs et une toute autre conception. |
| Il s'agirait de laisser la partie arrière de la machine (contenant les élastiques) entre deux plaques qui coulisseraient en opposition de phase. | Il s'agirait de laisser la partie arrière de la machine (contenant les élastiques) entre deux plaques qui coulisseraient en opposition de phase. |
| Deux cas se présentent alors : | Deux cas se présentent alors : |
| Modifications du protocole : | Modifications du protocole : |
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| * On a rajouté une planche derrière le banc sur lequel on fait nos mesures pour que le champ de température sur l’arrière plan soit le plus uniforme possible, ce qui nous permet de mieux observer la variation de température des élastiques. | * On a rajouté une planche derrière le banc sur lequel on fait nos mesures pour que le champ de température sur l’arrière plan soit le plus uniforme possible, ce qui nous permet de mieux observer la variation de température des élastiques. |
| * On a adapté le champ de prise de vue de la caméra thermique parce que l'on s'est rendu compte à un moment que la variation de température au sein de l'élastique était globalement homogène sauf à ses extrémités. Ainsi, on s'est permis de faire un plan très rapproché sur l'élastique en filmant une extrémité et une partie de la zone homogène en même temps. On avait alors accès à une plus grande surface de mesure et donc une plus grande précision sur la température lors de l'analyse. | * On a adapté le champ de prise de vue de la caméra thermique parce que l'on s'est rendu compte à un moment que la variation de température au sein de l'élastique était globalement homogène sauf à ses extrémités. Ainsi, on s'est permis de faire un plan très rapproché sur l'élastique en filmant une extrémité et une partie de la zone homogène en même temps. On avait alors accès à une plus grande surface de mesure et donc une plus grande précision sur la température lors de l'analyse. |
| * La caméra thermique est accroché à une potence par un bras, ce qui permet de ne plus avoir besoin de la tenir et tout en s'assurant qu'elle reste stable pendant le déroulé des mesures. | * La caméra thermique est accroché à une potence par un bras, ce qui permet de ne plus avoir besoin de la tenir et tout en s'assurant qu'elle reste stable pendant le déroulé des mesures. |
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| Au regard des résultats de la semaine précédente, nous avons cette fois-ci voulu comparer les élastiques fins de 9 cm utilisés le 26/02 à d'autres élastiques, plus petits, de 6 cm de longueur afin de déterminer quel type d'élastique correspondra le mieux à nos différentes contraintes, celles-ci étant : | Au regard des résultats de la semaine précédente, nous avons cette fois-ci voulu comparer les élastiques fins de 9 cm utilisés le 26/02 à d'autres élastiques, plus petits, de 6 cm de longueur afin de déterminer quel type d'élastique correspondra le mieux à nos différentes contraintes, celles-ci étant : |
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| * une différence de température maximale entre la tension et la détente | * une différence de température maximale entre la tension et la détente |
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| * une préférence pour des élastiques dont l’élongation maximale est inférieur au demi-mètre afin de conserver des dimensions de machine raisonnables | * une préférence pour des élastiques dont l’élongation maximale est inférieur au demi-mètre afin de conserver des dimensions de machine raisonnables |
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| * une relative résistance des élastiques aux fortes tensions, c’est à dire une bonne résistance à l’effet de fatigue, pour qu’ils puissent faire plusieurs tours de roue sans casser | * une relative résistance des élastiques aux fortes tensions, c’est à dire une bonne résistance à l’effet de fatigue, pour qu’ils puissent faire plusieurs tours de roue sans casser |
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| Les tests réalisés sont similaires à ceux du 26/02. Ils ont été faits dans une salle dont la température variait entre 18 et 19°C. Les différences de températures ont été établies à l’aide d’une caméra thermique. L'expérience a été filmée par un téléphone portable en vu d'un pointage vidéo permettant la détermination de la vitesse à laquelle les élastique ont été tirés. | Les tests réalisés sont similaires à ceux du 26/02. Ils ont été faits dans une salle dont la température variait entre 18 et 19°C. Les différences de températures ont été établies à l’aide d’une caméra thermique. L'expérience a été filmée par un téléphone portable en vu d'un pointage vidéo permettant la détermination de la vitesse à laquelle les élastique ont été tirés. |
| Expériences : | Expériences : |
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| * Tension et détente rapides avec équilibre thermique pour les élastiques de 6 cm (NB : nous avons fixé la taille au repos de ces élastiques à 7 cm pour cause de contraintes pratiques.) et ce à différentes élongations : de 2 à 5 fois la longueur de l'élastique. | * Tension et détente rapides avec équilibre thermique pour les élastiques de 6 cm (NB : nous avons fixé la taille au repos de ces élastiques à 7 cm pour cause de contraintes pratiques.) et ce à différentes élongations : de 2 à 5 fois la longueur de l'élastique. |
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| * Même chose avec les élastiques de 9 cm. | * Même chose avec les élastiques de 9 cm. |
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| * Avec les 2 types d'élastiques à une tension maximale, nous avons attendu un équilibre thermique total avec l'extérieur afin de déterminer la durée de cet équilibre. | * Avec les 2 types d'élastiques à une tension maximale, nous avons attendu un équilibre thermique total avec l'extérieur afin de déterminer la durée de cet équilibre. |
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| Les résultats des 2 premières expériences se sont avérés décevants par rapport aux différences de températures de la semaine précédente. Nous avons compris que nous ne les avions pas tirés assez rapidement. Nous avons donc renouvelé les expériences avec des tensions et des vitesses d'étirement maximales. Les résultats se sont avérés bien meilleurs, nous obtenons une différence de température de + 9/10 °C et de - 9/10°C. | Les résultats des 2 premières expériences se sont avérés décevants par rapport aux différences de températures de la semaine précédente. Nous avons compris que nous ne les avions pas tirés assez rapidement. Nous avons donc renouvelé les expériences avec des tensions et des vitesses d'étirement maximales. Les résultats se sont avérés bien meilleurs, nous obtenons une différence de température de + 9/10 °C et de - 9/10°C. |
| Définition d'une répartition des tâches pour la(les) semaine(s) suivante(s) : | Définition d'une répartition des tâches pour la(les) semaine(s) suivante(s) : |
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| * Thomas : Simulation numérique, Découpe, et recherche sur les matériaux à utiliser | * Thomas : Simulation numérique, Découpe, et recherche sur les matériaux à utiliser |
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| * Jessy : Relations élongation vitesse en fonction de la rotation de la roue, Analyse des vidéos thermiques | * Jessy : Relations élongation vitesse en fonction de la rotation de la roue, Analyse des vidéos thermiques |
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| * Nicolas : Simulation numérique, Recherches sur le ventilateur | * Nicolas : Simulation numérique, Recherches sur le ventilateur |
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| * Gaspard : Carte Arduino (?), Pointage des vidéos | * Gaspard : Carte Arduino (?), Pointage des vidéos |
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| * Marin : Pointage des vidéos | * Marin : Pointage des vidéos |
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| Si on réalise le système discuté précédemment, le schéma ci-dessus représente notre roue. Avec R le rayon de la roue, L la longueur de l'élastique tendu sur [AB], repéré par B(//x//,//y//), à la distance du point de pivot A au centre de la roue O, et α l'angle //(xOB)// décrivant la rotation de la roue depuis son centre. | Si on réalise le système discuté précédemment, le schéma ci-dessus représente notre roue. Avec R le rayon de la roue, L la longueur de l'élastique tendu sur [AB], repéré par B(//x//,//y//), à la distance du point de pivot A au centre de la roue O, et α l'angle //(xOB)// décrivant la rotation de la roue depuis son centre. |
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| * Longueur de l'élastique : | * Longueur de l'élastique : |
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| Avec le théorème de Pythagore, on a : $R^2 = x^2 + y^2$ et $x = ± \sqrt{R^2 - y^2}$ | Avec le théorème de Pythagore, on a : $R^2 = x^2 + y^2$ et $x = ± \sqrt{R^2 - y^2}$ |
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| * Vitesse d'élongation | * Vitesse d'élongation |
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| Soit //V// la vitesse d'élongation de l'élastique sur la roue | Soit //V// la vitesse d'élongation de l'élastique sur la roue |
| <fs large> //__02/04/2020__// </fs> : 3<sup>e</sup> rendez-vous avec notre professeur référent Charles Antoine. Dû au confinement, il a été effectué à l'aide du logiciel Discord. Un compte-rendu de la discussion pourrait être : | <fs large> //__02/04/2020__// </fs> : 3<sup>e</sup> rendez-vous avec notre professeur référent Charles Antoine. Dû au confinement, il a été effectué à l'aide du logiciel Discord. Un compte-rendu de la discussion pourrait être : |
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| * Il faut que l'on commence à organiser le plan de l'article (que l'on rédigera sur [[https://www.overleaf.com/|Overleaf]]) | * Il faut que l'on commence à organiser le plan de l'article (que l'on rédigera sur [[https://www.overleaf.com/|Overleaf]]) |
| * Grâce au travail fourni avant ce temps de crise, nous avons suffisamment de ressources pour pouvoir traiter convenablement de l'étude de l'effet élastocalorique des élastiques | * Grâce au travail fourni avant ce temps de crise, nous avons suffisamment de ressources pour pouvoir traiter convenablement de l'étude de l'effet élastocalorique des élastiques |
| * Nous cherchons à compléter nos connaissances par de nouvelles sources bibliographiques | * Nous cherchons à compléter nos connaissances par de nouvelles sources bibliographiques |
| * Nous continuons à construire le réfrigérateur avec les ressources que l'on a chez soi (planches de bois, Lego™) en espérant pouvoir faire des expériences avec | * Nous continuons à construire le réfrigérateur avec les ressources que l'on a chez soi (planches de bois, Lego™) en espérant pouvoir faire des expériences avec |
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| <fs large> //__08/05/2020__// </fs> : Fin de rédaction du wiki, synthèse complétée. La vidéo et l'article avancent bon train. | <fs large> //__08/05/2020__// </fs> : Fin de rédaction du wiki, synthèse complétée. La vidéo et l'article avancent bon train. |
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