Как построить лучший замок из песка

Эта статья изначально была размещена на Разговор.

Если вы хотите понять, почему некоторые замки из песка высокие и имеют сложную конструкцию, а другие представляют собой почти бесформенные комки песка, полезно иметь опыт работы в области геотехнической инженерии.

Как преподаватель геотехнической инженерии Я сам использую замки из песка в классе, чтобы объяснить, как взаимодействие почвы, воды и воздуха позволяет восстановить ландшафты после добычи полезных ископаемых металлы имеют решающее значение для энергетического перехода.

Строительство замка из песка сводится к правильному сочетанию этих трех ингредиентов. Песок обеспечивает структуру, но именно вода между песчинками обеспечивает силу (в данном случае всасывание), которая удерживает песок вместе. А без нужного количества воздуха вода просто раздвигала бы песчинки.

Не просто песок

Песчинки, в соответствии с органом по стандартизации ASTM International’s.

Единая система классификации почв, представляют собой частицы почвы диаметром от 0,003 дюйма (0,075 мм) до 0,187 дюйма (4,75 мм). По определению, по крайней мере половина частиц песка находится в этом диапазоне. Ил или глина – это почва с частицами размером меньше песка. А почва с частицами размером больше песка – это гравий.

Размер частиц или зерен также определяет, как песок выглядит и ощущается на ощупь. Мельчайшие песчинки по текстуре напоминают сахарную пудру. Самые крупные зерна больше похожи на небольшую сухую чечевицу.

Большая часть песка подойдет для строительства замка из песка, но лучший песок имеет две характеристики: песчинки разных размеров и зерна с угловатыми или неровными краями. Изменение размера зерен позволяет более мелким песчинкам заполнять карманы или поры между более крупными песчинками. В результате увеличивается прочность песка.

Более угловатые песчинки с острыми углами лучше сцепляются друг с другом, делая замок из песка более прочным. По той же причине, по которой куча угловатых деревянных блоков останется в куче, а куча шариков пойдет повсюду.

Именно поэтому, как ни удивительно, лучший песок для замков из песка обычно не встречается на острове или прибрежном пляже. Более угловатые песчинки обычно встречаются ближе к горам, их геологическому источнику. Края этих песчинок еще не закруглились ветром и водой. Профессиональные строители замков из песка пойдут так далеко, что импортируют речной песок для своих творений.

Наконец, чем ближе друг к другу расположены песчинки, тем крепче будет песок. Плотное сжатие влажного песка путем уплотнения или утрамбовки сжимает песчинки вместе, уменьшая размер пор и увеличивая воздействие воды. Уплотнение также увеличивает сцепление зерен и, следовательно, прочность песка.

Вода – ключ к успеху

Без воды песок просто образует кучу. Слишком много воды и песка текут как жидкость. Но между сухим и насыщенным песком лежит широкий диапазон уровней влажности которые позволяют строить замки из песка.

Вода является связующей, а это означает, что вода любит прилипать к воде. Но вода также прилипает к определенным поверхностям или поднимается вверх. Посмотрите на наполовину полный стакан воды, и вы увидите, как вода немного поднимается вверх по внутренней части стакана. Гравитация все еще удерживает воду в стакане, но вода пытается подняться вверх и смочить поверхность. Эта крошечная борьба за власть делает возможными замки из песка.

Там, где встречаются воздух и вода, возникает поверхностное натяжение. Граница раздела воздух-вода тянется вниз, пытаясь удержать воду вместе, преодолевая конкурирующие силы поверхностного смачивания, сцепления и гравитации. Поверхностное натяжение стягивает воду, как тугую оболочку воздушного шара. А поверхностное натяжение также стягивает песчинки вместе.

Если бы стекло было намного тоньше, как соломинка, вода поднималась бы выше и имела бы большее поверхностное натяжение. Чем уже соломинка, тем выше поднимется вода. Это явление называется капиллярность.

Вода ведет себя так же во влажном песке. Поры или пространства между песчинками похожи на пучок крошечных соломинок. Вода образует крошечные мостики между зернами. Вода в этих мостах находится под напряжением, стягивая зерна вместе силой, которую инженеры-геотехники называют напряжение всасывания.

Достаточно воды

Количество воды в песке контролирует размер и прочность водных мостов. Слишком мало воды приводит к образованию маленьких мостиков между песчинками. Больше воды, а размер и количество мостиков увеличивается, увеличивая силу всасывания, удерживающую песчинки вместе. В результате получается идеальный песок для замков из песка.

Однако воды слишком много, а всасывание слишком слабое, чтобы удерживать песок вместе.

Общее практическое правило строительства великолепных замков из песка таково. одна часть воды на каждые восемь частей сухого песка. Однако в идеальных лабораторных условиях, с плотным песком и нулевым испарением, на каждую часть воды приходится одна часть воды. сто частей сухого песка может творить чудеса. На пляже песок с нужным уровнем влажности находится вблизи линии прилива во время отлива.

Кстати, соль из морской воды также может быть благом для устойчивости замка из песка. Капиллярные силы изначально удерживают песчинки вместе, но капиллярная вода со временем испаряется, особенно в ветреный день. Когда морская вода высыхает, остается соль. Поскольку морская вода образовывала мостики между зернами, соль кристаллизуется в этих точках контакта. Таким образом, соль может сохранить замок из песка еще долго после того, как песок высохнет. Но будьте осторожны, чтобы не потревожить песок, связанный солью; он хрупкий и складной.

Чтобы построить прочный замок из песка, нужно уплотнить песок и немного воды как можно плотнее. Я предпочитаю создавать плотную насыпь, а затем вычерпывать и вырезать, чтобы раскрыть искусство внутри. Вы также можете утрамбовать песок в ведра, чашки или другие формы и начать строить с нуля. Только убедитесь, что песок плотный, и поместите форму на уплотненный фундамент. Руки — отличный инструмент для уплотнения и резьбы, но лопата или морская ракушка позволят добиться большей точности. Получайте удовольствие и не бойтесь посыпаться песком!