Angle de chute du sable
De Wikidebrouillard.
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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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Un tube de colle
- Une paire de ciseaux
- Du carton
- Une feuille de papier A4
- Deux pavés en bois avec une hauteur deux fois plus grande que la base
- Un prisme triangulaire
- Un cylindre plein (par exemple une boîte ronde)
- Un rapporteur
- Un feutre noir
- Du sable
L'expérience
Le but de cette expérience est de mettre en évidence l'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, puis couper ce cercle en deux et en garder la moitié. Sur la feuille de papier A4 en format paysage, tracer une ligne horizontale de 19 cm avec le feutre noir à environ un tiers du bas de la feuille. Tracer ensuite avec le feutre les différents angles (compris entre 20° et 50°) en partant de chaque extrémité de la ligne, comme indiqué sur le schéma ci-dessous.
Dans le carton, découper un rectangle de la même largeur que le petit côté du pavé et de longueur 20 cm. Coller la feuille de mesure des angles sur la moitié de ce rectangle, comme pour faire une sorte de panneau. Clouer le demi-cercle sur une des surfaces carrées du pavé, puis clouer l'ensemble feuille rectangle sur une des surfaces rectangulaires du pavé, pour faire en sorte que le diamètre du demi-cercle se retrouve contre la ligne tracée sur la feuille A4 (cf. vidéo).
- Pour mesurer l'angle de chute :
Jeter du sable sur le demi cercle et regarder l'angle maximal du tas obtenu.
- Pour créer des formes :
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur la surface carrée du pavé pour obtenir une pyramide carrée.
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur la surface rectangulaire du pavé pour obtenir une pyramide à base rectangulaire.
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur le prisme triangulaire pour obtenir un tétraèdre.
- Jeter rapidement beaucoup de sable sur le cylindre plein pour obtenir un cône.
Que voit-on ?
On constate que l'angle de chute du sable est compris entre 30° et 40°. Cela est valable pour toutes les formes obtenues.
Explications
De manière simple
Une des propriétés du sable est qu'il forme naturellement des pentes stables jusqu'à environ 40°. 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.
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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