Имеются сухой песок, манная крупа, горох и воронка, укреплённая в штативе. Какое из данных сыпучих тел можно насыпать горкой конической формы наибольшей крутизны? Почему? Ответ проверьте опытом, насыпая каждое вещество на лист бумаги через воронку с одинаковой высоты.

Для решения задачи необходимо рассмотреть физические явления, связанные с сыпучими телами. Внимание следует уделить углу естественного откоса (угол внутреннего трения), структуре и свойствам материалов.

1. Сыпучие тела и их свойства
   Сыпучие тела — это вещества, состоящие из множества мелких частиц, которые взаимодействуют друг с другом за счет трения и взаимного сцепления. Примерами таких тел являются песок, манная крупа, горох и другие зернистые материалы. Сыпучие тела характеризуются способностью образовывать устойчивую форму, например, горку, при высыпании на плоскую поверхность.

2. Угол естественного откоса
   Угол естественного откоса — это максимальный угол наклона поверхности насыпи сыпучего материала, при котором частицы остаются устойчивыми и не начинают самопроизвольно скользить вниз. Этот угол зависит от следующих факторов:

   • Форма частиц: Более острые или шероховатые частицы создают больший угол откоса, так как их сцепление выше.
   • Размер частиц: Чем меньше частицы, тем больше их способность "цепляться" друг за друга, увеличивая угол откоса.
   • Материал частиц: Плотность, трение и адгезия между частицами также влияют на величину угла откоса.

3. Структура материалов

   • Сухой песок: Частицы песка состоят из мелких зерен с сравнительно гладкой поверхностью. При высыпании песок образует горку с умеренным углом откоса.
   • Манная крупа: Манная крупа состоит из более мелких и легких зерен, чем песок, обладающих определенной шероховатостью. Угол откоса для манной крупы обычно больше, чем для песка.
   • Горох: Горох — крупные и гладкие частицы округлой формы. Их способность образовать устойчивую горку значительно ниже, так как сцепление и трение между ними невелико. Горох скорее скатывается, чем образует крутой откос.

4. Процесс высыпания через воронку
   При высыпании через воронку с одинаковой высоты:

   • Материал начинает падать вниз, сталкиваясь друг с другом и образуя устойчивую насыпь.
   • Угол откоса определяется взаимодействием частиц материала.
   • Чем выше сцепление и трение между частицами, тем круче горка.

5. Теоретический анализ крутизны горки
   Для сравнения крутизны горок необходимо оценить свойства материалов:

   • Сухой песок создаст горку с умеренной крутизной.
   • Манная крупа, благодаря меньшему размеру частиц и их шероховатости, способна образовать горку с большим углом откоса.
   • Горох, наоборот, будет создавать горку с минимальной крутизной, так как круглые частицы легко скатываются.

Таким образом, теоретически манная крупа будет образовывать горку наибольшей крутизны по сравнению с сухим песком и горохом.