为什么沙堡能粘在一起 - 《华尔街日报》

沙粒的大小和形状决定了沙滩堡垒的最终形态。图片来源：托尼·加西亚/盖蒂图片社物理学家海伦·切尔斯基揭示日常现象背后的复杂科学。阅读更多专栏。

英国海滨体验充满传统元素：色彩明快的海滩小屋、软冰淇淋、必须严防海鸥觊觎的炸鱼薯条，当然还有制作沙堡的水桶和铲子。虽然吉尼斯世界纪录最高的沙堡高达69英尺，配有塔楼和海洋生物装饰，但大多数人发现自己的作品即使只有沙滩球大小，也会很快坍塌开裂。那么，优质沙堡的秘诀是什么？

只需三种海滩上随处可见的材料：沙子、水和空气。完全干燥或过度湿润的沙子会像液体般流动，但在特定湿度下会形成类似固体的关键混合物。要理解原理，我们需要放大观察每粒沙子周围的微观世界。

水分子间具有极强的亲和力，因此在潮湿沙粒中，水分会聚集在沙粒接触点。这些微小水滴在沙粒间形成桥梁——这至关重要，因为其余空间充满空气。水与空气交界处的表面张力使这些"水桥"中部收缩，形成高度弯曲的界面，将两侧沙粒紧紧拉拢。当你抓起一把湿沙捏成球时，正是无数这样的微观水桥让沙团保持形状。

如果加入过多水分，沙粒间的桥梁会开始融合，水与空气接触的表面积随之减少。一旦水分占据超过约三分之一的空间，水就能在沙粒间自由流动；此时它起到的是润滑剂而非粘合剂的作用，沙粒便开始相互滑动。但只要含水量低于三分之一，即使水分比例有所波动，沙堡仍能保持结构稳固。

沙质类型同样关键。棱角分明的沙粒能形成更好的咬合结构，有助于湿沙维持形态。海滩上的沙粒因潮汐反复冲刷往往圆润光滑，因此专业沙雕师常采用河沙——因其形成时间较短仍保留着粗糙棱角。混入碎贝壳碎片也能增强结构稳定性。

颗粒大小亦是重要因素。多数海滩沙粒直径在0.002英寸至0.1英寸之间。不同粒径的混合能让小颗粒填充大颗粒间的空隙，为水桥结构提供更多连接点从而增强整体强度。若想进一步提升性能，可效仿专业人士掺入10-15%的黏土（其颗粒直径不足万分之一英寸）。

在无法控制沙质与含水量的海滩上，至少可以通过挤压或拍打来压实沙体。这能迫使沙粒紧密嵌合，缩短水桥距离并增强其连接强度。

一座装饰精美的专业沙堡看起来可能像魔法，但这一切都是由物理学原理支撑的。就像科学的其他领域一样，秘诀在于实验，而炎热晴朗的日子正是尝试的绝佳时机。暑假快乐！

刊登于2023年6月10日印刷版，标题为《沙堡为何能粘在一起》。