Кіріспе
Дәнді материалдарды құлау алдында үйіп қоюға болатын ең тік бұрыш – бұл дәнді материалдың тыныштық бұрышы немесе шекті тыныштық бұрышы. Ол материалды құлатусыз үйіп қоюға болатын көлденең жазықтыққа қатысты ең тік төмендеу немесе еңіс бұрышы болып табылады. Осы бұрышта, беткейдегі материал сығуға дайын тұрады. Тыныштық бұрышы 0°-тан 90°-қа дейін өзгеруі мүмкін. Материалдың морфологиясы тыныштық бұрышына әсер етеді; тегіс, дөңгелек құм түйіршіктерін, кедір-бүдыр құмға қарағанда, тіктеп үйіп қою мүмкін емес. Тыныштық бұрышына еріткіштер қосу арқылы да өзгеріс енгізуге болады. Егер судың шағын мөлшері бөлшектер арасындағы кеңістіктерді толтыра алса, судың минералды беттерге электростатикалық тартылысы тыныштық бұрышын және топырақ беріктігі сияқты байланысты шамаларды арттырады. Көлемді дәнді материалдар көлденең бетке құйылғанда конус пішіндес үйінді пайда болады. Үйінді беті мен көлденең бет арасындағы ішкі бұрыш – тыныштық бұрышы деп аталады және ол бөлшектердің тығыздығына, беттік ауданына, пішініне және материалдың сүргі коэффициентіне байланысты. Төмен тыныштық бұрышына ие материал, жоғары тыныштық бұрышына ие материалға қарағанда, жалпақ үйінділер құрайды. Бұл термин механикада да қолданылады, онда ол денені еңіс жазықтықта сығусыз тұра алатын максималды бұрышты білдіреді. Бұл бұрыш, беттер арасындағы статикалық сүргі коэффициентінің (μs) арктангенсіне тең болады.
The angle of repose, or critical angle of repose, of a granular material is the steepest angle of descent or dip relative to the horizontal plane on which the material can be piled without slumping. At this angle, the material on the slope face is on the verge of sliding. The angle of repose can range from 0° to 90°. The morphology of the material affects the angle of repose; smooth, rounded sand grains cannot be piled as steeply as can rough, interlocking sands. The angle of repose can also be affected by additions of solvents. If a small amount of water is able to bridge the gaps between particles, electrostatic attraction of the water to mineral surfaces increases the angle of repose, and related quantities such as the soil strength. When bulk granular materials are poured onto a horizontal surface, a conical pile forms. The internal angle between the surface of the pile and the horizontal surface is known as the angle of repose and is related to the density, surface area and shapes of the particles, and the coefficient of friction of the material. Material with a low angle of repose forms flatter piles than material with a high angle of repose. The term has a related usage in mechanics, where it refers to the maximum angle at which an object can rest on an inclined plane without sliding down. This angle is equal to the arctangent of the coefficient of static friction μs between the surfaces.
Теорияның қолданылуы
Тыныштық бұрышы кейде ұнтақ заттарды өңдеуге арналған жабдықтарды жобалауда қолданылады. Мысалы, материалды сақтау үшін қолайлы бункер немесе силосты жобалауға, немесе материалды тасымалдауға арналған конвейер лентасының мөлшерін анықтауға пайдаланылуы мүмкін. Ол сондай-ақ беткейдің (мысалы, жиынтық немесе тығыздалмаған қиыршық тас шоғының) құлау мүмкіндігін анықтау үшін де қолданылуы мүмкін; талус беткейі тыныштық бұрышынан туындайды және ұсақ материалдан құралған үйіндінің бола алатын ең тік беткейін көрсетеді. Бұл тыныштық бұрышы ыдыстардағы тұрақтылықты дұрыс есептеу үшін де өте маңызды. Таушылар оны таулы аймақтардағы қар көшкіні қаупін бағалау үшін де жиі пайдаланады.
Өлшем
Тыныштық бұрышын өлшеудің көптеген әдістері бар, және олардың әрқайсысы сәл өзгеше нәтижелер береді. Нәтижелер эксперимент жүргізушінің қолданған әдістемесіне де сезімтал. Осының салдарынан, әртүрлі зертханалардан алынған деректер әрқашан салыстыруға жарамды болмайды. Бір әдіс – үш осьті серпіліс сынағы, екіншісі – тікелей серпіліс сынағы. Өлшенген тыныштық бұрышы қолданылған әдіске қарай өзгеріп отыруы мүмкін, бұл төменде сипатталған.
Баспалы қорап әдісі
Бұл әдіс 10 мм-ден кіші жеке бөлшектері бар, ұсақ түйірлі және бірікпейтін материалдарға қолданылады. Материалды сынақ материалының түйіршіктерін бақылауға мүмкіндік беретін мөлдір қабырғасы бар қорапқа салынады. Ол бастапқыда қорап табанымен деңгейлес және параллель болуы тиіс. Материал ірі көлемде сығу арқылы жылға бастағанға дейін қорап баяу еңкейтіледі, содан кейін еңкейту бұрышы өлшенеді.
Белгілі бір түтік әдісі
Материалды түтік арқылы құйып, конус жасалады. Түтіктің ұшын өсіп келе жатқан конусқа жақын ұстап, қалып өскен сайын ақырындап көтеріңіз, құлап жатқан бөлшектердің соққысын азайту үшін. Қалып алдын ала белгіленген биіктікке немесе табаны алдын ала белгіленген енге жеткенде материал құюды тоқтатыңыз. Нәтижедегі конустың бұрышын тікелей өлшеуге тырыспай, биіктігін конус табанының енінің жартысына бөліңіз. Осы қатынастың кері тангенсі – үйкеліс бұрышы.
Айналатын цилиндр әдісі
Материал кем дегенде бір шеті мөлдір цилиндрге орналастырылады. Цилиндр белгілі бір жылдамдықпен айналады және бақылаушы айналатын цилиндр ішіндегі материалдың қозғалысын қадағалайды. Бұл әсер баяу айналатын кір жуатын машинадағы киімдер бір-бірінің үстіне түсуіне ұқсас. Дәнді материал айналатын цилиндр ішінде ағып жатқанда белгілі бір бұрышқа ие болады. Бұл әдіс динамикалық тыныштық бұрышын алуға ұсынылады және басқа әдістермен өлшенген статикалық тыныштық бұрышынан айырмашылығы болуы мүмкін.
Арыстан және құртшалар (Vermileonidae) личинкаларының пайдалануы
Арысланның личинкалары және туыс емес Vermileonidae құрт-арыстары, құмның қиылыс бұрышында конусты шұңқырларды қазып, құмырсқа сияқты кішкентай жәндіктерді аулайды. Шұңқырдың қабырғаларының көлбеуі құмның тұрақтанған қиылыс бұрышына жақын болуын қамтамасыз етеді. Олар бұған жұмсақ құмды шұңқырдан сыртқа лақтырып, құм төмен құлай келе тұрақтанатындай етіп қол жеткізеді. Сөйтіп, кішкентай жәндік, көбінесе құмырсқа, қателікпен шұңқырға түскен кезде, оның салмағы астындағы құмның құлауына себеп болады, олжаны шұңқырдың ортасына, мұнда жыртқыш тығыз құм қабатының астында күтіп отырады, тартады. Личинка, қозғалысты сезгенде, шұңқырдың ортасынан құмды күшпен шашып, осы процеске көмектеседі. Бұл шұңқырдың қабырғаларын әлсіретіп, ортаға қарай құлауына әкеледі. Личинка шашыратып жіберген құм, олжаны құмның домалақ бөлшектерімен шауып, беткейге тіреліп тұруына кедергі келтіреді. Нәтижесінде, олжа личинканың жете алатын қашықтыққа дейін түсіріледі, содан кейін ол у және ас қорыту сұйықтығын енгізеді.