Les sables mouvants
Pourquoi s'enfonce-t-on dans les sables mouvants pourtant composés de particules solides?
Forces s'appliquant à un sable mouvant
La gravité
La pesanteur est un champ de force exercé par la terre sur chaque objet, et les sables mouvants n'y font pas exeption. Newton publie en 1927 la théorie universelle de la gravitation qui stipule que tout corps matériel est un centre de pesanteur qui soumet l'ensemble des autres corps à une force dirigée vers lui. L'intensité de cette force de gravitation varie selon la masse des corps et le carré de la distance qui les sépare.
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Gravure d'Archimède
« Tout corps plongé dans un fluide au repos, éprouve une poussée verticale dirigée de bas en haut égale au poids du fluide qu’il déplace et appliquée au centre de gravité du fluide déplacé, au centre de poussée »
Archimède
C’est donc une force appliquée qui compense celle de la gravité (haut vers le bas) sur un objet dans un fluide (corps liquide). En fonction du volume et de la masse de l’objet, la poussée d’Archimède va déterminer s’il va flotter ou couler.
La poussée d’Archimède est notée π et est definie par:
π = ρfluide x Vi x g
π =G-Gapparent
Avec ρfluide la masse volumique du fluide en kg/m³, Vi le volume du corps immergé en m³, et g la gravité en N/kg. G correspond au poids de l'objet exprimé en N comme Gapparent qui représente le poids apparent de l'objet.
Lorsque la gravité est égale à la poussée d'Archimède, l'objet se stabilise.
La poussée d'Archimède
La pression
La pression est une force de poussée (bas en haut) exercée par un fluide (ici l’eau) sur un objet plongé dans le fluide.
Son unité légale de mesure est le Pascal noté Pa ou le bar. La relation entre ces 2 unités est de 1bar = 100 000 Pa.
Ceci donne l'équation Pa = F/S avec F la force pressante en Newton et S la surface en m³.
Lors des vibrations, l’eau du sable mouvant remonte, et c’est cette force qui sépare les particules et détruit l’empilement des grains. Ces derniers n’étant plus liés entre eux, le sol devient instable.
La densité
La densité d'un corps correspond au rapport entre la masse volumique de ce corps et la masse volumique de l’eau, qui ne possède pas d’unité de mesure
d = ρ corps/ ρ eau
Avec ρ la masse volumique (de formule ρ=m/V, avec m la masse en g et V le volume en L) soit du sable exprimé en kg.m3, soit de l’eau qui est égale à 1000kg.m3
Notre sable mouvant avait une masse de 1293g et un volume de 0.71L
ρ sablemouvant= 1293/0,71 = 1821, 13 g/L
donc la densité de notre sable mouvant est égal à d= 1821, 13/1000 = 1.82
La densité de notre sable mouvant est de 1.82.Or une femme a une densité d'environ 0.87, et l’homme autour de 0.98.
Or un corps moins dense que celui dans lequel il est plongé ne s’enfonce pas totalement.1.82>0.87 comme 1.82<0.98
On ne peut donc s’enfoncer totalement dans un sable mouvant.
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L'interaction
L'interaction
Les macromolécules du sable mouvant sont des dipôles électroniques, qui créent une interaction électrostatique entre elles, variant en fonction de la puissance des charges et de la distance qui les séparent. Lorsque les molécules sont assez proches, la structure du sable mouvant se solidifie, mais les vibrations les éloignent et détruisent cette interaction, ce qui liquéfie le sable mouvant.
La force de cohésion
Le sable mouvant est composé de macromolécules qui s’attirent, ce qui créée une attraction appelée force de cohésion. Elle permet de souder l’ensemble de la structure. Cependant l’eau s’incruste entre ces molécules et diminue la force de cohésion, ce qui déstabilise l’ensemble.