Materiały sypkie

Duży zbiór dyskretnych, 

makroskopowych czastek: 

piasek, ziarno, grysik, mąka, 

cukier

żwir, kamienie, śnieg

 

 

Materiały sypkie 

Rozmiary:
                    

1<d<100  ( proszki)

                     100 <d<0.5 cm (ziarna)
                      d>0.5 cm ( kamienie, skały, głazy) 
Skala  zjawiska:  upakowane proszki (tabletki) -mm, 

zboże (mm-10 cm), ziarna w silosie(mm-10 m), pustynia 
(mm-km), pierscienie Saturna,  chmury galaktycznego 
pyłu ( 10

20

 m)

 

 

 

Materiały sypkie 

Gazy „sypkie” 

(teoria kinetyczna, hydrodynamika, 

klastrowanie)

i gęste materiały sypkie 

( tarcie, poszerzanie,łańcuchy sił, tekstura, porządek 
-nieporządek)

 

 

Materiały sypkie 

• Duża liczba sztywnych cząstek, 
• Klasyczne oddziaływania między 

cząstkami, 

• Siły międzycząsteczkowe działają tylko w 

czasie styku, siły oddziaływania są 
dyssypatywne (rozproszone),

• E

term

<E 

pot

• Inne efekty ( wilgotność, ładunek 

elektryczny, namagnesowanie )

 

 

Materiały sypkie

Inne zachowanie niż ciała stałego, cieczy czy 

gazu- zatem jest to dodatkowy stan skupienia 

rządzący się swoimi prawami

Nie ma temperatury:

Energia termiczna:

kT=1, 38.10

-23

 J/K.298K=4,11.10

-21

J

Energia potencjalna

 

E=mgd=1 g.9,81 
m/s

2

.1mm=9,81.10

-3

J

 

 

Materiały sypkie

lawina

Kąt 
stabilności

Kąt 
odpowiedzi

Transport i składowanie materiałów sypkich: 
10% światowej konsumpcji energii

 

 

Materiały sypkie-

przykłady 

Klepsydra jako zegar

prędkość wysypywania stała w 
czasie -  nie zależy od wysokości 
piasku 

Powstawanie 

sklepienia, który dźwiga 
ciężar piasku

Jeśli piasek ma bardzo małe ziarna 
obserwuje się oscylacje – spowodowane 
oddziaływaniem gazo-podobnym ( zegar 
minutowy i sekundowy)

 

 

Lawiny

Lawiny : kamienna, wulkaniczna,  

błotna, śnieżna ( pyłowa i lodowa), 
gruntowa.  

 

 

Materiały sypkie

Efekt orzecha brazylijskiego:

Przy potrząsaniu duże 
orzechy wychodzą na 
wierzch

 

 

Transitions

– Jamming
– Percolation
– Relation to other phenomena—e.g. 

glasses

– Clustering (see gases)
– Fluidization
– Subharmonic Instabilities (shaken 

systems)

– Stick-slip

 

 

 Granular Clustering

 –(Luding and 

Herrmann)

 

 

Łańcuchy sił - eksperyment Couette 

 

 

Problemy techniczne

 

 

Zależność przepływu od średnicy otworu 

zsypu

 

 

Materiały sypkie- 

przepływy

Mają tendencję zatykania 

(blokowania) pod wpływem 

nacisku Nie ma turbulencji

Efekty dodawania cieczy 

(inne 

kąty odpowiedzi)

 

 

Ordinary Solid Friction

 

 

e. g. block on plane

 

 

Indeterminacy of frictional contacts

 

 

Aligned force chains/contacts lead to texture 

and anisotropy

 

 

Reynolds Dilatancy

 

 

Example of Reynolds dilation in before 

and after images from a shear 

experiment

 

 

Other effects leading to anisotropy

 

 

Example—simple shear creates texture

 

 

2D Shear Experiment—stress chains 

break and reform

 

 

Example of stress chains: Couette shear 

(Bob Hartley)

 

 

Materiały sypkie

Rozchodzenie się fali 

akustycznej 

przestrzenie wypełnione 

powietrzem

 

 

Materiały sypkie

Cząstki namagnesowane- przy 

szybkich wibracjach zachowują 

się jak nie-namagnesowane

Poniżej „temperatury” przejścia  

obserwuje się powstawanie 

klastrów obok pojedynczych 

cząstek

 

Dyfuzja i niestabilne 

przepływy powierzchniowe