科学建设完美的沙子城堡

不管我们是喜欢水上运动还是喜欢躺在沙滩上静静地读书，我们通常都会在海边建上一座简单的沙子城堡。但是，建一座能长时间保留的雄伟的沙子城堡的秘诀是什么呢？幸运的是，科学上有公式可以解决这个问题。

完美选址

2004年开始，一家旅游度假公司聘请沉积学家、英国伯恩茅斯大学环境与地理科学教授、岩石碎片研究奠基人马修·罗伯特·本奈特（Matthew Robert Bennett）研究什么样的海滩最适合建沙子城堡。为了找到答案，本奈特比较了当时英国最受欢迎的十个沙滩的沙子。虽然任何沙子都能建起沙子城堡，但是我们发现，托尔坎（Torquay）海滩的漂亮的红色沙子是最棒的，随后是Bridlington，Bournemouth、Great Yarmouth和Tenby海滩并列在第三位。排在最后的是Rhyl海滩。

既然选定了一个海滩，那么就必须找到一个完美的地点。这与其说是硬性规定，倒不如说是个人品味问题。有些人喜欢靠近停车场的地方，那样在下雨的时候能够迅速回到车上，还有些人可能想要在咖啡店旁边；还有些人喜欢海滩边缘的僻静之处，那里也许会得到天然岩石的保护而不受海湾中的风吹。

英国托尔坎港（Torquay Harbour）

城堡是军事力量的象征，但是这就必须有坚固的沙子。沙子的强度取决于单独沙粒的性质和沙粒之间的水分。沙粒越尖锐，那么它们就会越好地锁定在一起。沙粒经过的运输越多，那它就会变得越圆滑。沙粒越细小，其中保存的水分就越多。水分和沙子的配比是十分关键的。

如果水太多了，沙子就会流走，太少了沙子便无法粘合。需要一个刚刚好的配比，这样建成的城堡才会漂亮并且持久。这完全取决于水的表面张力，也就是在湿的酒吧台子上形成“圆弧形”，或者在水杯上与玻璃杯边缘形成的一层膜的力。每个沙粒之间的水膜使得沙子具有了强度，太多的水会使沙子之间润滑，而刚好的水量就会让沙子之间的粘结牢固。

神奇配比

我们的实验结果表明，完美的沙子城堡的水和干沙的比例是1比8。或者可以把这个神奇配比表达为：水=0.125*沙。假设你没有任何科学仪器，而你又正在寻找靠近高潮汐线的地点，这条线通常是一条由海藻和浮游生物构成的线，低潮汐线上的沙子是肉眼可见的湿润，并且离海浪很近。但是记住，这些都会随着潮汐和时间的更改而变化。

还要注意建城堡工具的质量。从经验来看，建造者的年龄、铲子的大小和感觉无聊的速度之间是直接相关的。成年人会觉得小铲子非常不顺手，而小孩子们又会觉得大铲子太大而没法使用。恰当地选择工具会使得合作者之间保持和谐。同样，小桶的尺寸和形状也必须是完美的。最好的桶就是简单的圆形桶，而不是有复杂外形、扣下去就能直接做出城堡形状的桶。圆桶能让你做出无数的塔和建筑形式。将一个简单的桶多倒几次就会做成一个沙堆，由此便可雕刻出漂亮的塔。

城堡的大小也有很大的影响。巨大的城堡总是能吸引路过游人的眼球，得到他们的赞赏。卵石、贝壳、漂浮物碎片以及羽毛都可以作为城堡的装饰品，增加城堡的趣味性和色彩。

然而，万丈高楼平地起，建设沙子城堡可以作为海边娱乐项目中的一个，亦可作为开发儿童结构性思维和培养耐性的方式，但是沙子与水的结合，即便是用最科学的配比方式也是不稳固的，不能以此作为建筑工程的标准。

欢迎个人转发，机构如需转载，请联系授权事宜：crispsmc@crisp.org.cn。

科学媒介中心（Science Media Center）秉承着全球视野，时代高度，历史纵深，科技前沿的理念，致力于传播科学共同体权威，理性，及时，准确的声音，并为广大科技工作者搭建科学传播的平台。