Question:
La science de déchirer les poignées de sacs en papier
Fine Man
2017-03-16 03:20:15 UTC
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Ma mère est revenue d'un marché qui emballait les produits dans des sacs en papier avec des poignées et m'a demandé de déplacer les sacs du coffre de la voiture à la maison. Étant l'humain paresseux que je suis, j'ai accroché quelques sacs sur chaque bras pour pouvoir réduire le nombre de voyages aller-retour. Alors que je marchais vers la porte d'entrée, les poignées d'un sac se déchirent, le sac tombant sur le sol en béton. Un pot en verre de poivrons avait été brisé en un million de petits morceaux. Comme vous vous en doutez, ma mère était furieuse. «Tu es si paresseux! Si tu n'en avais pas accroché autant sur ton bras, les poivrons et leur pot seraient encore intacts!

Je ne suis pas d'accord, voici pourquoi ...

Scenario Lazy

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Scenario Peppers

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Conclusion

Notez que le sac A aura $ N_A $ dessus quelle que soit l'existence du sac B. Bien sûr, mon bras avait $ N_A + N_B $ ($ > N_A $), mais ce n'est pas la chose qui s'est cassée. Donc, je conclus, que la déchirure du sac était inévitable, et que le destin des poivrons a été écrit par quelqu'un d'autre que moi (ex: le fabricant n'a pas mis assez de colle pour supporter le poids attendu, le caissier a mis plus de poids que permis, etc. ).

Mon raisonnement est-il correct? Ou ai-je raté quelque chose qui prouve que je suis coupable?

Pour les sacs sphériques sous vide qui pourraient être corrects ...
Je pense que ce n'est pas un problème de physique, mais un problème psychologique.Lorsque vous avez placé plusieurs sacs sur un bras, deux choses se sont produites.Vous étiez trop concentré sur votre habileté à empiler les sacs et vous étiez moins conscient de ce qui arrivait aux sacs individuels, y compris celui qui se déchirait.Par conséquent, vous n'avez pas été en mesure de répondre assez rapidement et de sauver les poivrons!BTDT.
peu importe - le sac s'est déchiré, détruisant l'épicerie, l'épicerie le remplacera probablement sans se poser de questions - ramenez votre pot de poivrons et toute autre épicerie en ruine et obtenez un remplacement.
@AaronHall - Non, je n'aimais pas beaucoup ces poivrons, de toute façon.:)
@Jim C'est un problème d'ingénierie.Où les modèles simplistes se retrouvent face à face avec le monde réel et repart avec un œil au beurre noir.
@FineMan Peut-être que vous aimerez plus les remplaçants!
D'accord avec @Jim ici.Porter un seul sac à la fois, ou peut-être un sac dans chaque main, vous aurait donné la chance de * sentir * cette poignée se déchirer, en prenant les mesures appropriées (comme abaisser rapidement mais de manière non destructive le sac au sol).Là encore, votre mère aurait pu laisser une marge d'erreur suffisamment grande au lieu de charger les sacs à (au-dessus?) De leur capacité.Et en fin de compte, le secret d'une harmonique ensemble est de ne pas insister sur le coupable / non coupable, mais de permettre les erreurs et de faire amende honorable ...
N'utilisez pas les poignées des sacs en papier.Portez-les comme s'ils n'avaient pas de poignées, en les soutenant par dessous.Celui qui a conçu ces sacs stupides devrait s'excuser auprès de votre mère.
@DevSolar & MobyDisk - Je pense que nous nous écartons;ma question portait sur la physique des sacs multiples par rapport aux sacs simples, pas sur la façon dont j'aurais pu l'éviter.
Eh bien, vous avez posé des questions sur la culpabilité, mettant cela un peu au-delà du domaine de la physique «pure».Mais oui, nous nous écartons.;-)
@DevSolar - Oui, je suppose que j'ai mal posé la question.Je pourrais le modifier plus tard.
Oui, un verdict de culpabilité de ma part aussi.La réponse de la gerbille @sammy l'explique très bien.
Cinq réponses:
sammy gerbil
2017-03-16 09:00:57 UTC
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Je pense que vous êtes coupable. La vendeuse (ou votre mère) a pu charger les sacs dans la voiture sans casser les poignées. Ils n'ont probablement pas essayé de transporter plusieurs sacs en même temps.

Si vous suspendez les sacs à une tige avec un espacement suffisant entre eux pour que chaque poignée pende verticalement, les poignées ne supportent toutes que le poids du contenu du sac.

Cependant, je pense que vous avez probablement tenu les sacs dans chaque main plutôt que de les suspendre à votre bras étendu (ce qui demanderait un effort énorme) ou à une perche (ce qui n'a probablement pas été pratique, et vous êtes trop paresseux pour regarder pour un). enter image description here Lorsque les sacs pendent du même point, la tension $ T $ dans les poignées des sacs extérieurs est supérieure au poids $ W $ du sac, à cause du grand angle $ \ theta $ que la poignée fait avec la verticale. La force verticale $ T \ cos \ theta $ fournie par la poignée doit être égale au poids $ W $ du contenu du sac; la force horizontale $ T \ sin \ theta $ est équilibrée par les forces de contact $ N $ entre les sacs.

Si les sacs remplis sont larges, les poignées des sacs extérieurs seront à un grand angle $ \ theta $ par rapport à la verticale, nécessitant une grande force $ T = \ frac {W} {\ cos \ theta} $. Cette force tend vers l'infini lorsque la poignée devient horizontale $ (\ theta \ to 90 ^ {\ circ}) $. Les poignées les plus externes sont beaucoup plus susceptibles de casser que la poignée la plus interne $ (\ theta = 0 ^ {\ circ}) $.

Edit 1

Le scénario n ° 1 de la réponse de RowanC peut être analysé de la même manière. En supposant que la partie supérieure des sacs ait une forme trapézoïdale, ils s'étalent en arc de cercle, le sac central supportant une partie du poids des sacs extérieurs.

enter image description here

En équilibrant les forces sur les 3 sacs, nous obtenons $ T_2 + 2T_1 \ cos \ theta = 3W $. En équilibrant les forces sur les sacs extérieurs, nous obtenons $ 2T_1 (1- \ cos ^ 2 \ alpha) = W $ puisque $ \ theta = 180 ^ {\ circ} -2 \ alpha $. Donc $ T_2 (1- \ cos ^ 2 \ alpha) = (4-5 \ cos ^ 2 \ alpha) W $.

  • Si $ 2 (1- \ cos ^ 2 \ alpha) \ lt 1 $ alors $ T_1 \ gt W $ - les sacs extérieurs portent plus que leur propre poids.Cela se produit pour $ \ alpha \ lt 45 ^ {\ circ} $.
  • Si $ 2 (4-5 \ cos ^ 2 \ alpha) \ gt 1 $ alors $ T_2 \ gt T_1 $ - le sac du milieu supporte plus de poids que les sacs extérieurs.Cela se produit lorsque $ \ alpha \ gt 33.2 ^ {\ circ} $.

Une analyse plus approfondie pourrait équilibrer le couple sur chaque sac.

Même lorsque vous en suspendez un ou plusieurs à votre avant-bras, ils restent généralement l'un contre l'autre, de sorte que chaque sac ne pende plus verticalement, et ce type d'analyse est pertinent.
Aussi, fatigue matérielle.
J'ai fait beaucoup d'observations anecdotiques qui soutiennent cela également.Quand j'ai eu des sacs en papier déchirés, c'est presque toujours celui avec le plus d'angle sur la poignée.L'autre chose à ajouter à cette réponse est que ce n'est pas seulement une question de force plus élevée;il est beaucoup plus facile de déchirer un morceau de papier à partir d'un point que de simplement le séparer: si les poignées sont inclinées, la tension n'est plus uniformément répartie au point de fixation de la poignée (comme les sacs ont été conçus pour) ou sur la poignée elle-même.Cela pourrait facilement ouvrir une larme, et une fois que cela a commencé, c'est fini.
Il est également important de noter que la plus externe des deux poignées de chaque sac supportera presque tout le poids.Je ne porterais jamais de sacs en papier comme celui-ci!
Un autre point pratique est que les articles froids ou qui fuient dans les sacs sont une source d'humidité, qui tombe et affaiblit le fond du sac.(Je ne sais pas si c'est ce que DevSolar a en tête.) Cependant, l'OP indique qu'une poignée a échoué, pas le fond du sac.
@JasonC Bon point sur le point d'attache.Si les poignées étaient fixées à un mur solide, la fixation échouerait pour une force plus petite si elle était tirée à un angle (effet anti-parallèle le plus grand à 180 degrés) par rapport à une traction parallèle (o degrés).Cependant, je pense qu'avec les sacs en papier, le sac se plierait et garderait l'attache et la poignée alignées.
@sammygerbil Eh bien, vous voyez, cela fait partie de la faiblesse là-bas.Lorsque le sac commence à se plier et à se froisser, la force n'est plus répartie uniformément sur les fibres du papier.Ce point de pliage est l'endroit où la déchirure commence souvent.Oh, et un autre point d'échec est si les poignées sont collées (comme les sacs Whole Foods, qui disent même sur le côté "tirez les poignées vers le haut, pas vers l'extérieur") - ici, vous obtenez une certaine faiblesse si vous appliquez trop de force perpendiculaire à la colleavion, par exempleles sacs se balancent ou la poignée se tord.Fwiw, les poignées de sac Whole Foods sont ... étonnamment solides.Je viens de tester, lol - 100% des échecs étaient de la colle.
(De plus, la distribution des objets dans le sac a également un effet, comme si elle est déséquilibrée ou s'il y a de gros objets tenant le sac un peu ouvert; tout cela peut rendre les poignées moins capables de prendre certaines forces malchanceuses. N'est-ce pasbizarre, cette question est bien plus intéressante qu'elle n'en a l'air, ha.)
Cort Ammon
2017-03-16 03:34:34 UTC
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Le corps humain est un système extrêmement complexe. Les forces impliquées ne sont pas de simples forces statiques, mais des forces dynamiques qui sont constamment ajustées lorsque vous marchez.

Lorsque vous faites un pas, vous utilisez votre corps pour amortir le coup comme un amortisseur. Ce rembourrage réduit la force maximale subie par le sac. Si vous êtes meilleur en amorti, vous risquez moins de déchirer le sac.

Empiriquement, les humains sont meilleurs pour maintenir cet amorti pour des charges plus légères. À mesure que les charges augmentent, nous commençons à utiliser des mouvements plus drastiques pour essayer de garder les sacs à leur place, et ces mouvements peuvent entraîner plus de forces.

Vous avez probablement fait un pas, atterri avec un peu de force (vous portez une charge) et n'avez pas réussi à absorber correctement le choc. Vous avez probablement également fait inconsciemment une correction pendant que vous tentiez de récupérer, ce qui applique souvent beaucoup plus de force que le choc d'origine.

Cela étant dit, la faute ne peut être prouvée. Si vous étiez un expert en arts martiaux ou un danseur, vous avez peut-être appris à bouger avec un minimum de choc. Si tel est le cas, les sacs ont peut-être ressenti peu ou pas de forces dynamiques, conformément à votre argument selon lequel le sac était condamné depuis le début.

Le choc est probablement orienté dans une direction non conforme à la gravité, étant donné la façon dont ces poignées sont souvent fixées au sac.
* Au fur et à mesure que la charge augmente, nous commençons à utiliser des mouvements plus drastiques pour essayer de garder les sacs à leur place. * Je doute que ce soit vrai.Je pense que les forces dynamiques sur chaque poignée ne seront pas plus importantes lors du transport de plusieurs sacs en même temps que lors du transport d'un seul sac.Lorsque je porte beaucoup de sacs, ou des sacs lourds, instinctivement je me déplace plus lentement, en faisant de plus petits pas.Si les sacs commencent à se balancer, je m'arrête pour reprendre le contrôle, peut-être même les abaisser au sol.Je ne continue pas et ne surcompense pas comme vous le suggérez.
RowanC
2017-03-16 08:55:12 UTC
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Je pense qu'il y a deux choses qui se produisent lorsque vous portez plus d'un sac dans chaque main:

  1. Il y a une augmentation de la force (filet) vers le bas sur les sacs intérieurs, car les sacs extérieurs sont forcés autour d'un arc de votre main en raison de collisions avec les sacs intérieurs (et la force qui les retient de la ligne médiane, est transféréeaux sacs intérieurs - la force horizontale est éliminée (bien que si le pain est dans le sac du milieu, il sera écrasé), mais la force verticale sur les sacs intérieurs est augmentée).
  2. Dans les sacs extérieurs, les poignées sont conçues pour gérer la force dans le plan du papier, mais comme les poignées sont tenues au même angle dans la main, mais que les sacs sont `` pliés '', la force n'est plusdans ce plan, augmentant la contrainte au niveau des articulations de la poignée au sac (surtout si un pli se forme près du bord de la poignée).

Je prédis qu'un sac intérieur, mais pas le sac le plus intérieur, était celui qui s'est cassé - où les deux facteurs ci-dessus ont joué un rôle.

+1.Point # 2 J'ai surtout beaucoup d'expérience anecdotique avec.
D'accord sur # 2.Les sacs de Trader Joe sont incroyablement solides ... jusqu'à ce que vous appliquiez une force à des angles inconfortables, puis ils se déchaînent.
freecharly
2017-03-16 03:45:53 UTC
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Cort Ammon a raison.On peut ajouter que lorsqu'un humain porte une charge sur une poignée faible, il minimise par de subtils contre-mouvements les forces d'inertie qui s'exercent sur la poignée en raison des mouvements de marche en plus du poids de la charge.C'est évidemment plus difficile à faire pour plus d'un chargement.

Ainsi ta mère a raison de te gronder!

JDługosz
2017-03-17 23:45:13 UTC
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Si vous ne transportiez qu'un seul sac, vous seriez plus en phase avec le statut de ce sac.Cela pourrait inclure le support du poids du sac par le bas avec l'autre bras.Lorsque vous avez remarqué pour la première fois que la poignée commençait à se déchirer (ce que vous pourriez peut-être dans ce cas), vous pourriez la pousser rapidement contre votre corps pour l'embrasser, et arrêter la déchirure ou la rattraper avant qu'elle ne tombe.

Dommage que Mythbusters n'existe plus.Cela ressemble à quelque chose qu'un youtuber pourrait faire, après ce style.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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