Exercice : Différentes représentations d'un système dispersé

Prenons le cas d'un ensemble de \(n=10\) billes sphériques de tailles différentes, ayant des diamètres \(x_i\) allant de 1 à \({10}{\, \rm mm}\).

Billes sphériques dont le diamètre varie de 1 à 10 mm | IMT Mines Albi | Informations complémentaires...Informations
Billes sphériques dont le diamètre varie de 1 à 10 mmInformations[2]

Question

On peut imaginer vouloir représenter ce système par un autre qui comporterait des billes de tailles identiques, et qui pour autant aurait des caractéristiques identiques :

  • même nombre de billes et même longueur,

  • même nombre de billes et même surface,

  • même nombre de billes et même volume,

  • même surface totale et même longueur totale,

  • même volume total et même surface totale.

Indice

Dans ce système, tous les \(n_i\) valent 1. On calcule aisément les grandeurs suivantes (au facteur de forme près) qui le caractérisent :

  • nombre total de billes \(N=\sum_i x_i^0 n_i=10\),

  • longueur totale \(L=\sum_i x_i n_i = {55}{\, \rm mm}\),

  • surface totale \(S=\sum_i x_i^2 n_i = {385}{\, \rm mm^2}\)(calculé sans facteur de forme),

  • volume total \(V=\sum_i x_i^3 n_i = {3025}{\, \rm mm^3}\), (calculé sans facteur de forme).