2.86. Замки из песка

Почему замки из песка не рассыпаются? Куча песка в песочнице на детской площадке никогда не бывает слишком высокой и крутой, а стены песчаных замков можно сделать вертикальными и украсить башенками с острыми углами. Более того, многие естественные образования из песка, песчаные обрывы, имеют почти отвесные стены. Почему вертикальные песчаные стены не разрушаются?

ОТВЕТ • Сухой песок сыпучий: отсутствуют силы сцепления, удерживающие вместе песчинки. В песке, находящемся под водой, песчинки тоже не сцеплены, поскольку вода легко протекает между ними и делает песок подвижным. Однако сырой песок — вполне связный грунт. Вода притягивается к песчинкам и смачивает их. Вода, находящаяся между двумя песчинками, соединяет их жидким мостиком. По форме этот мостик напоминает песочные часы. Около каждой из песчинок он расширяется, а посредине имеется узкая перетяжка. Вода фактически неподвижна, она не утекает от песчинок или не стекает вниз под действием силы тяжести. Силы сцепления обусловлены двумя причинами. 1. Молекулы воды притягиваются друг к другу и к песчинкам. Этот эффект называется поверхностным натяжением. 2. Поскольку поверхности жидкого мостика изгибаются наружу, давление воды внутри мостика меньше давления воздуха снаружи, и песчинки стремятся туда, где давление меньше.

В насыщенном водой песке песчинки уже не связаны отдельными, затрудняющими движение жидкими мостиками. Наоборот, вода играет роль смазки, и песок уплотняется, превращаясь в компактную массу. Опытные строители песчаных замков сбрызгивают свои творения водой. Песок на поверхности впитывает воду, и создаются отдельные водяные мостики, удерживающие конструкцию. Если оставить песчаный замок сохнуть, вода испаряется с его внешней поверхности, мостики разрушаются и замок осыпается.

У мокрого песка на пляже силы сцепления больше, чем у чистого песка (кварца), поскольку в его состав входят частички глины и органических соединений, обеспечивающие дополнительные связи между песчинками. Кроме того, на пляже слой песка бывает покрыт соляной коркой, что еще увеличивает силы сцепления. В зоне наката, где волны периодически заливают берег, в песок с водой попадают воздушные пузырьки, и его структура становится более рыхлой. Таким образом, твердость песка существенно меняется по мере того, как вы спускаетесь на пляж по сухому песку, затем идете к воде по аэрированному (с большим количеством пузырьков воздуха) влажному песку, затем по мокрому песку и наконец заходите в море, где под ногами у вас покрытый водой, насыщенный влагой песок.