Hypothèse :

 

Lorsque l'on renverse l'éprouvette remplie à moitié de gravier, (ou d'autres matériaux granulaires) ceux-ci tombent de l'éprouvette.

 

 

Matériel :

 

- éprouvette

- gravier

- (polystyrène)

- petits cubes en bois

 

 

Protocole :

 

Le sable étant une matière trop fine afin de réaliser notre expérience, nous avons choisi de réaliser cette expérience avec du gravier ( ils appartiennent à la même famille que le sable : les matériaux granulaires.). Pour enrichir davantage notre expérience, nous l'avons testé avec du polystyrène et des petits cubes en bois.

Nous avons donc rempli à moitié l'éprouvette de gravier, puis retourné celle-ci d'un geste vif.

Nous avons effectué le même protocole avec le polystyrène et les cubes en bois.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Observations :

 

Nous remarquons alors que les graviers/polystyrène restent bloqués et ne tombent pas. L'hypothèse est alors infirmée.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cette expérience n'a pas fonctionné pour les cubes en bois car ils étaient trop gros par rapport à la taille de l’éprouvette.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Explications :

 

Voici ci-dessous, un dessin montrant comment une chaîne de contact peut être bloquée par l'enfoncement brutal d'un gravier, schématisé par la flèche rouge. La chaîne, linéaire dans le cas présent, s'appuie sur les parois opposées de l'éprouvette. En réalité, cette sorte de voûte est à trois dimensions dans l'éprouvette. En retournant l'éprouvette à moitié remplie de graviers irréguliers, seuls

quelques-uns de ces derniers sont tombés. Les autres sont restés coincés à

cause de quatre ou cinq graviers qui ont

décidé qu'ils allaient bloquer tous les autres !

C'est simplement qu'en s'appuyant

les uns sur les autres, ainsi qu'aux parois de l'éprouvette,

ils se sont retrouvés par hasard dans

une configuration stable et n'ont plus eu de

raison de bouger. Ils forment ainsi une voûte

naturelle.

 

 

 

 

 

La pression augmente au fur et à mesure que l'on ajoute du sable. Cependant quand le sable dépasse une certaine hauteur ( environ deux à trois fois le diamètre du réservoir), la pression cesse d'augmenter, comme si les grains supplémentaires ne pesaient rien.

Contrairement à ce qu'il se passe avec un liquide, les grains versés ne s'empilent pas simplement en couches, mais ils forment des arcs de cercle : des voûtes. Chaque grain est en appui sur son voisin, cela signifie lui répercuter une partie de son poids sous forme d'une force latérale. Une partie de la force verticale, qu'est le poids, se transforme en une force latérale qui appuie sur les parois. Vous pouvez encore et encore ajouter des grains, leur poids n'ajoute pas une pression vers le bas du réservoir, mais pousse de plus en plus fort sur les parois.

 

 

Un exemple d'utilisation de l'effet de voûte :

 

Sous les rails, on étale une couche de pierres dures et anguleuses. Si les rails étaient posés directement sur la terre, celles-ci s'enfonceraient au passage des trains, les rails se déformeraient ou se casseraient. Cependant le gravier entassé en une couche epaisse forme assez de voûtes pour qu'une bonne partie du poids du train soit transformé en force horizontale.

L'effet de voûte est fréquent dans les silos et autres contenants de matière granulaire.