Angle de chute du sable
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==Présentation de l'expérience
Peut-on faire un château de sable avec du sable sec ?
Sommaire |
Présentation de l'expérience
Peut-on faire un château de sable avec du sable sec ?
Matériel
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Un marteau
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Une règle
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Un compas
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Une bassine
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Des clous
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Une boite de forme circulaire la plus plane possible
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Un tube de colle
- Une paire de ciseaux
- Du carton
- Une feuille de papier A4
- Deux cubes en bois parfaitement plans avec une hauteur deux fois plus grande que sa base
- Un triangle, peut importe le matériau mais le plus plan possible
- Un rapporteur
- Un feutre noir
- Du sable
L'expérience
Le but de cette expérience est de mettre en évidence d'angle de chute du sable sec. Cette expérience est ensuite illustrée par des exemples simples.
La manipulation
- Pour créer la base de mesure de l'angle :
Il faut découper un cercle de diamètre 19 cm sur la feuille de carton. Vous devez ensuite trouver le centre du cercle en faisant deux traits perpendiculaires l'un par rapport à l'autre et joignant deux extrémités du cercle. Puis il suffit de conserver la moitié du cercle. On prend une feuille de papier A4 à l'horizontale. Puis on trace une droite de 19 cm avec le feutre noir à un tiers du bas de la feuille et à 9.5 cm, vous tracez une droite perpendiculaire sur toute la feuille. Pour ensuite tracer avec le feutre les différents angles (compris entre 20° et 60°) sur chaque extrémité de la feuille et sur la droite. On prend une feuille de carton pour créer un rectangle de la largeur de votre premier cube et de longueur 20 cm. A partir de là, il faut clouer le demi-cercle sur sa surface la plus petite. Il faut coller la feuille avec les angles sur la feuille de carton rectangulaire. Après cela, vous devez clouer l'ensemble sur la plus grande surface du cube.
- Pour mesurer l'angle de chute :
Jeter du sable sur le demi cercle et regarder l'angle maximal où le sable tient.
- Pour créer les formes :
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur la surface la plus petite du cube (carré) pour obtenir la pyramide à quatre arrêtes.
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur la surface la plus grande du cube (rectangle) pour obtenir la pyramide à quatre arrêtes.
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur le triangle pour obtenir le tétraèdre. * Jeter rapidement beaucoup de sable sur la boite de forme circulaire pour obtenir le cône.
Que voit-on ?
On constate que l'angle de chute du sable est compris entre 30° et 40°. Par exemple pour une base :
- Carré, il y a une pyramide de quatre arrêtes de pente d'environ 35°.
- Triangulaire, il y a un tétraèdre de pente équivalente.
- Circulaire, il y a un cône de pente équivalente.
- Rectangulaire, il y a une pyramide de cinq arrêtes de pente équivalente.
Explications
De manière simple
Une des propriétés du sable est qu'il forme naturellement des pentes stables jusqu'à environ 30°, au-delà de cet angle, il s'écoule par avalanches successives pour retrouver cette pente stable. Ce qui explique les pentes mesurées lors de l'expérience à l'aide du rapporteur.
Questions sans réponses
Peut-on créer un château sable d'une autre manière ?
Allons plus loin dans l'explication
Pour obtenir un château de sable, il faut mouiller le sable afin de modifier ses propriétés physiques et ainsi empêcher un écoulement du sable. Plus précisément, l'humidité est essentielle car elle permet la cohésion des grains de sable entre eux.
Liens avec d'autres expériences
Expériences sur Wikidébrouillard
Les Propriétés du sable : [3]
Autres expériences
La même expérience a été réalisé par la cité des sciences de Paris : [4] Angle de chute
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