طريقة تحديد زاوية الاستراحة وكيفية حسابها

إذا كنت قد صنعت قلاعًا في الرمال ، فقد تكون على دراية بزاوية الاستراحة ، فقط ستقوم بصب الرمل ببطء من دلو ، وستشكل كومة على شكل مخروط ، عندما تصب المزيد من الرمل على الكومة ، وستصبح الكومة أكبر ، لكنها ستحافظ على نفس الشكل الأساسي.

وإذا فعلت الشيء نفسه بالملح ، أو السكر ، أو بعض المواد الحبيبية الأخرى ، فستكون أيضًا كومة مخروطية ، لكن الشكل سيكون مختلفًا قليلًا ، وستختلف الزاوية بين الجانب المنحدر للكومة المخروطية الشكل ، والأفقية من نوع من المواد إلى آخر ، وتسمى هذه الزاوية ، زاوية الاستراحة.[1]

العوامل المؤثرة في زاوية الراحة

ستؤثر المادة الفردية على زاوية الراحة ، وهو انعكاس لمعاملات الاحتكاك المختلفة بين المواد المختلفة ، وحجم الجسيمات عامل ، وعوامل أخرى متساوية ، ستشكل المواد الحبيبية الدقيقة كومة ضحلة ، مع زاوية راحة أصغر من الحبوب الخشنة.

وتؤثر الرطوبة على زاوية الراحة ، حيث يمكن لأي شخص قام ببناء قلعة رملية أن يؤكدها ، والرمل الرطب لديه زاوية راحة ، أعلى بكثير من الرمل الجاف ، والطريقة التي يتم من خلالها ، قياس زاوية الراحة ، ويمكن أن تؤثر أيضًا على القياس.[2]

طريقة صندوق الإمالة

هذه الطريقة مناسبة للمواد غير الحبيبية الدقيقة ، والغير متماسكة ، حيث يكون حجم الجسيمات الفردية ، أقل من 10 مم ، ويتم وضع المادة داخل صندوق مع جانب شفاف ، لمراقبة مادة الاختبار الحبيبية ، ويجب أن يكون في البداية مستويًا ، ومتوازيًا مع قاعدة الصندوق ، كما يميل الصندوق ببطء ، بمعدل 3 درجات / ثانية تقريبًا ، ويتم إيقاف الإمالة عندما تبدأ المادة في الانزلاق بكميات كبيرة ، ويتم قياس زاوية الميل.

طريقة قمع ثابتة

يتم سكب المادة من خلال قمع لتشكيل مخروط ، ويجب تثبيت رأس القمع بالقرب من المخروط المتنامي ، ورفعه ببطء مع نمو الوبر ، لتقليل تأثير سقوط الجسيمات ، وتوقف عن سكب المادة عندما يصل الكومة ، إلى ارتفاع محدد مسبقًا ، أو القاعدة إلى عرض محدد مسبقًا ، وبدلاً من محاولة قياس زاوية المخروط الناتج مباشرةً ، قسِّم الارتفاع بمقدار نصف عرض قاعدة المخروط ، والمماس العكسي لهذه النسبة ، هو زاوية الاستراحة.

طريقة الأسطوانة الدوارة

يتم وضع المادة داخل أسطوانة ، ذات وجه واحد شفاف على الأقل ، كما يتم تدوير الأسطوانة بسرعة ثابتة ، ويراقب المراقب المواد التي تتحرك داخل الأسطوانة الدوارة ، ويشبه التأثير مشاهدة الملابس وهي تتدحرج على بعضها البعض في مجفف ملابس ويدور ببطء.

وستفترض المادة الحبيبية زاوية معينة أثناء تدفقها داخل الأسطوانة الدوارة ، ويوصى بهذه الطريقة للحصول على الزاوية الديناميكية للراحة ، وقد تختلف عن الزاوية الثابتة للراحة المقيسة بطرق أخرى ، عند وصف زاوية الراحة للمادة ، حدد دائمًا الطريقة المستخدمة.[3]

كيفية حساب زاوية الراحة

كما ذكرنا سابقًا زاوية الاستراحة هي الحد الأدنى للزاوية التي تقف عندها ، أي مادة متراصة ضخمة ، أو فضفاضة دون السقوط إلى أسفل ، وإحدى الطرق لإثبات ذلك هي صب الرمل من كيس على الأرض ، وهناك زاوية دنيا ، أو منحدر أقصى يحتفظ به الرمل بسبب قوى الجاذبية ، وتأثير الاحتكاك بين جزيئات الرمل.

ويتم حساب الزاوية بين ذروة الوبر ، والأرض الأفقية ، ويتم احتساب زاوية الراحة للرمل الجاف ، لتكون 35 درجة ، في حين أن زاوية الإسمنت 20 درجة ، وصب الرمل الجاف في كومة على سطح مستوٍ ، مما يسمح لها ببناء كومة من الأعلى ، وسيؤدي هذا إلى كومة ذات قاعدة دائرية نسبيًا ، مما يجعل القياس أسهل.

وباستخدام المسطرة وشريط القياس ، قم بقياس ارتفاع (ح) كومة الرمل من القمة إلى الأرض ، وضع المسطرة بجوار الكومة بحيث يمكن قراءتها بسهولة ، وتمديد شريط القياس بعناية إلى الجزء العلوي ، من كومة دون إزعاج كومة ، والسماح للطرف الآخر من شريط قياس تتقاطع المسطرة ، وذلك مع الحفاظ على مستوى شريط القياس ، ولاحظ تقاطع شريط القياس مع المسطرة ، اكتب القيمة على الورقة (مثال: ح = 12 بوصة).

وباستخدام شريط القياس ، قم بقياس المسافة الأفقية (د) ، من منتصف الكومة إلى الحافة ، وضع شريط القياس على الأرض بجانب الكومة ، واصطف أحد طرفيه مع جانب من الكومة ، وقم بتمديد شريط القياس إلى الطرف الآخر من الكومة.

واكتب القيمة على الورقة وقسمها على 2 ، وسيعطيك ذلك المسافة من مركز الكومة إلى الحافة ، مثال : المسافة الكلية على شريط القياس من أحد أطراف الكومة إلى الطرف الآخر = 30 بوصة ، ثم اقسم على 2 للحصول على 15 بوصة ، وهكذا ، d = 15 بوصة.

معادلة حساب زاوية الاستراحة هي: (2h / d) 1tan- ، باستخدام الآلة الحاسبة العلمية ، اضرب الارتفاع في 2 ، وقسم هذه القيمة على المسافة ، ثم واضغط على مفتاح tan المعكوس (أو tan-1) ، والجواب المحسوب للتو. سيمنحك هذا زاوية الاستراحة ، وألفا ، ثم ضع المنقلة على سطح مستوٍ بجوار كومة الرمل ، وباستخدام المسطرة ، قم بإنشاء خط مستقيم من ذروة كومة الرمال أسفل المنحدر ، ثم اقرأ زاوية القيمة واكتب القيمة على الورقة ، بعد ذلك قم بمقارنة زاوية الاستراحة المحسوبة ، من الخطوة 4 ، وزاوية الاستراحة المقاسة من الخطوة 5 ، وإذا كانت القيم ليست ضمن درجة واحدة من بعضها البعض ، كرر مرة أخرى الخطوة 5.