alexxlabЗамок из песка: как построить на пляже и дома
Чтобы построить замок из песка не обязательно ждать лета и поездки к морю. Небольшой замок можно возвести даже в квартире, для этого продаются специальные наборы. Но только на пляже можно размахнуться по-настоящему и почувствовать себя немного архитектором. Расскажем, что понадобится для строительства замка, и поделимся секретами, как сделать его прочным и необычным.
Автор статьи: Ольга Фёдорова
Как построить замок из песка на пляже
Пляж — лучшее место, чтобы построить что-то действительно впечатляющее. Песка сколько угодно и не надо носить воду издалека. С собой нужно взять только инструменты.
Что потребуется для строительства
Набор инструментов для строительства замка. Уровень — новичок
Вот, что вам понадобится:
- два ведра. Одно, чтобы носить воду, другое — смешивать песок с водой.
- лопата. Её размер зависит от размера замка, для небольшого подойдет даже детская лопатка.
- мастерок, пластиковые палочки, нож, кисточка — всё, что поможет работать с мелкими деталями.
Инструменты для проработки деталей можно сделать из подручных материалов — пластиковых бутылок, веток, трубочек для напитков. Пройдитесь по дому, соберите всё, что покажется подходящим и отправляйтесь на пляж.
Набор инструментов для строительства замка. Уровень — профи
Профессиональные скульпторы для строительства замков используют больше материалов:
- строят опалубки. Это деревянная конструкция, в которую засыпают песок, заливают водой, и ждут, когда основа утрамбуется. Потом деревянный каркас снимают.
- склеивающее вещество. Его используют вместе с водой, благодаря этому замки могут простоять и в снег, и в дождь.
- мастерки разных размеров, мастихины, кисточки и инструменты для отделки. Чем ювелирнее работа скульптора, тем больше впечатляет результат.
Песочный замок в Валенсии, Испания
Техника строительства
Когда песочный замок строит любитель, он может делать из песка отдельные элементы и собирать их воедино.
Профессиональные скульпторы работают с песком, как и с другими материалами: от огромной кучи отсекают лишнее и, когда у замка появляются узнаваемые очертания, вырезают мелкие детали.
Какой бы способ вы ни выбрали, начинайте с главного — заложите фундамент. Фундамент песочного замка — это просто гора влажного песка. Утрамбуйте её руками или лопатой. Дождитесь пока она немного высохнет и начинайте творить.
Как только фундамент будет готов, начинайте придавать замку узнаваемые очертания
Лайфхаки для строителей замков
- Песок с водой лучше смешивать в пропорции 8:1. Он будет влажным, но башня не расползётся.
- В жару песок может высыхать слишком быстро. Тогда помочь может пульверизатор с водой.
- Самая устойчивая форма замка — пирамида. Стройте высокие башни ближе к центру, а маленькие по краям. Такой замок простоит дольше.
- Если захотели построить большой замок, а под рукой только детская лопатка, подготовить фундамент можно, раскатав кучу песка ведром.
- Чтобы построить высокую башню можно использовать пластиковую бутылку. Отрежьте от неё горлышко, насыпьте мокрый песок и переверните.
Возле замка пирамидальной формы вы точно успеете снять много сторис. Такие замки самые крепкие
Как построить замок из песка дома
Строительство замков не сезонное хобби. Возводить песочные замки можно даже зимой у себя дома. Для этого в магазинах продаются наборы песка. Не беспокойтесь о чистоте в квартире: в такие наборы кладут особый песок, кинетический. Он приятный на ощупь и в отличие от обычного не липнет к руками. Песчинки хорошо склеиваются, поэтому из такого песка можно строить сложные конструкции.
Кинетический песок бывает разных цветов, а некоторые виды светятся в темноте
Что понадобится, чтобы построить замок дома
Все инструменты и материалы для строительства замка можно заказать в интернете или купить в детском магазине.
Кинетический песок. В российских магазинах его ещё называют живым или космическим.
Это один и тот же продукт, разница только в том, что некоторые виды кинетического песка боятся воды. Лучше почитать инструкцию на упаковке перед лепкой. Стоит такой около 150 ₽ за полкило. Для строительства замка лучше брать не меньше килограмма.
Кинетический песок Kinetic Sand с ароматом шоколада на Озоне
Набор цветного кинетического песка Angel sand на Wildberries
Набор кинетического песка Kinetic Sand с инструментами в Детском мире
Мерцающий чёрный песок подойдет для строительства целого замка или отдельных башен. Скрин: Озон
Песочница. Нужна чтобы не рассыпать песок и легко перенести готовый замок на видное место в квартире. Вместо неё можно использовать разделочную доску или противень. В магазинах надувные песочницы стоят около 400 ₽, деревянные дороже.
Надувная песочница 60 x 45 см на Озоне
Надувная песочница 60 х 45 см на Wildberries
Деревянная настольная песочница в магазине Всё для крохи
Формочки и лопатки. Эти инструменты часто продаются в наборах вместе с песком.
Набор для песка в магазине Дочки-Сыночки
Песочный набор с ведром и формочкой башни в Детском мире
Набор из трёх формочек Замок на Озоне
Стеки. Подойдут для рисунков и лепки мелких деталей. Можно использовать самые простые пластмассовые, которые часто кладут в наборы с пластилином. Цена — от 30 ₽.
Набор из двух стеков для лепки на Озоне
Набор из четырех стеков для лепки в Детском мире
Можно купить готовый набор с песком и инструментами для лепки. В нём сразу будет все необходимое. Скрин: Детский мир
Кому понравится строить песочные замки
Родителям. Не каждого ребёнка можно уговорить полежать с вами на пляже. Если у вас растёт непоседа, стройте замки вместе или попросите построить замок для рыцаря, а сами отдохните неподалёку.
Тем кто не любит лежать на пляже.
Если сидеть без дела для вас не отдых, а мучение, начните строить замок.
А результатом можно похвастаться в Инстаграме.Будущим архитекторам. Если ребёнок любит рисовать, возможно, ему понравится и строить замки. Набор необычного кинетического песка может стать хорошим подарком даже для тех, кто уже давно вылез из песочницы.
Терпеливым людям. Построить красивый песочный замок — непростое занятие. У вас наверняка будет получаться не сразу. Что-то придётся переделать, но опыт возьмет своё. Если вы достаточно терпеливы и усидчивы, попробуйте сразу построить что-то посложнее.
С помощью песка можно воплотить собственные архитектурные идеи, а можно строить копии известных замков
Песочные замки, которые вас вдохновят
Во всем мире проводятся фестивали песчаных скульптур. Один из самых известных в России — петербургский Sandfest. Посмотрите видео, как работают с песком профессиональные скульпторы.
Из песка строят не только замки, но и самые разные скульптуры.
Мировой чемпионат песчаных скульптур Harrisand проводится в Канаде.
Мировой рекорд принадлежит 17-метровому песочному замку, это самый высокий замок в мире. Его построили в Германии. Посмотреть, как он выглядит, можно на видео.
Главное о строительстве песочных замков
Чтобы построить песочный замок, кроме песка и воды понадобятся ведро, лопата, мастерок и всевозможные палочки и кисточки для декора.
Начинайте строительство с главного — заложите фундамент. Для этого утрамбуйте кучу влажного песка руками, лопатой или раскатайте ведром.
Самая устойчивая форма замка — пирамида. Стройте высокие башни ближе к центру, а маленькие по краям.
Построить небольшой песочный замок можно дома. Для этого в магазинах продаётся кинетический песок. В наборах с кинетическим песком есть всё необходимое для строительства: песок, песочница, формочки и лопатки.
Замок из песка — не только детская забава — Статьи — В мире
Песочная архитектура как настоящее искусство
Казалось бы, строить песочные замки — это развлечение детства, но на самом деле этим можно заниматься без зазрения совести и в зрелом возрасте. Хотите попробовать? Займитесь песочной архитектурой и отправляйтесь на специальные фестивали, которые проходят по всему миру.
Как строятся замки из песка?Фестивали фигур из песка проводят в разных городах по всему миру. Под эти мероприятия отводят огромные территории, где собираются скульпторы, архитекторы и художники, которые хотят посостязаться за лучший песочный шедевр. С чего нужно начать? Первым делом нужно содзать проект, затем установить деревянный каркас по форме строения, под которым позже художник будет утрамбовывать песок.
Когда база закончена, мастер (его можно назвать и так, да) снимает снизу вверх опалубку, постепенно прорисовывая и вырезая четкие контуры, фигуры и узоры, которые он задумал.
Кстати, если вы думаете, что такие фестивали проходят только на юге, то вы ошибаетесь: даже в нашем родном Санкт-Петербурге на территории Петропавловской крепости ежегодно проходит песочный фестиваль. А теперь давайте посмотрим, какие фестивали замков из песка есть в мире!
Бельгийский песочный Диснейленд
В 2017 году Песчаный фестиваль в Бельгии отметил свое 25-летие. Это одно из самых масштабных песочных мероприятий: его устраивают на площади более десяти тысяч квадратных километров, а участие в конкурсе принимает целых 40 профессионалов, которые в течение месяца строят в целом около ста пятидесяти фигур из песка. Кстати, именно в юбилейный год один из художников соорудил песочный замок Спящей красавицы!
Кстати, вы знаете, что прототипом этого сказочного замка стал один из существующих французских замков долины Луары? Об этом вы можете прочитать здесь.
Песочный парк в Португалии
В 2003 году первый португальский фестиваль песочных фигур прошел в Алгарве, и с тех пор это событие стало ежегодным. Этот фестиваль и его участники отдают предпочтение вымышленным персонажам из мультфильмов и сказок, а также мастера создают копии архитектурных шедевров.
Болгарский фестиваль
Фестиваль, проходящий на территории Болгарии в городе Бургас, каждый год проходит под разным названием и имеет разную тематику. Но песочные замки здесь есть всегда!
Битва титанов
Если вы хотите попасть в книгу рекордов Гиннеса, то попробуйте построить самый высокий замок из песка! Чтобы одержать победу, вам надо обойти нынешнего рекордсмена: песочный замок Sandburg в городе Дуйсбург, Германия.
В чем состоит рекорд? В его высоте: она составляет 16,68 метров. А его фасад украшен копиями архитектурных шедевров, в число которых входит Акрополь в Афинах, Собор Святого семейства в Барселоне и Пизанская башня.
Проектом занималась туристическая компания Schauinsland-Reisen. А участие в постройке приняли дизайнеры, художники и скульпторы из десяти стран.
Уже не самые лучшие
Предыдущий рекорд, кстати, оставался рекордом очень непродолжительное время. Им был замок, который построили в феврале 2017 года. Главным художником был Сударсаном Паттнаик (Sudarsan Pattnaik) на пляже в Пури, Одиша в Индии. Высота этого замка из песка составляла 14,84 метра, а на работу ушло всего лишь 9 дней.
Как можно заметить, рекорды песочных замков держатся недолго, и может, прямо сейчас один из художников создает очередной шедевр, который скоро украсит страницы книги рекордов Гиннесса.
советов по строительству замка из песка с детьми • RUN WILD MY CHILD
Если вы когда-нибудь были на пляже (или даже играли в песочнице), вы знаете, что строительство замка из песка — это веселое и легкое занятие на свежем воздухе для детей.
Сделать небольшие конструкции из мокрого песка достаточно легко даже для самых маленьких детей. Однако для постройки сложных замков из песка с башнями, деталями, мостами и рвами требуется немного больше навыков, терпения и опыта! У мамы из Калифорнии и основателя Wonder Club Explorers Мишель Гаррет была возможность встретиться с местными экспертами по строительству замков из песка, San Diego Sand Castles, чтобы узнать все тонкости того, как эксперты строят эти удивительные сооружения из песка. Сегодня она здесь, чтобы поделиться всеми советами и рекомендациями, которые вам нужно знать, чтобы повысить уровень своих навыков строительства замков из песка.
Замки из песка означают лето
Ничто так не предвещает летнего веселья, как песок, прибой и замки из песка! Для многих семей поездка на море не обходится без строительства замка из песка. Если вы похожи на нашу семью, то можете взять с собой ведро, несколько лопат для копания и яркие формочки для лепки замков из песка.
Не знаю, как вы, но мы редко формируем целостную конструкцию без обрушения сторон.
В поисках мудрости и дельного совета мы сделали то, что делают все современные родители, и погуглили, как строить замки из песка, как профи!
Познакомьтесь с профессионалами замков из песка
Так мы познакомились с отмеченными наградами профессионалами замков из песка, разработавшими San Diego Sand Castles. Джей Ти Эстрелла, владелец песчаных замков в Сан-Диего, впервые привлек мое внимание благодаря своим удивительным выступлениям на ежегодном фестивале океана в моем родном городе. Каждый год ремесленники и профессиональные строители замков из песка соревнуются в этом ежегодном конкурсе и поражают посетителей фестиваля своими сложными и бросающими вызов гравитации скульптурами.
В поисках столь необходимых советов, как починить наши рушащиеся башни из песка, мы связались с членом команды JT Уной. Мы надеялись, что сможем получить дельный совет, чтобы повысить уровень нашей игры в замки из песка.
Мы узнали тонну! А теперь мы поделимся с вами 7 лучшими советами, которым каждый может следовать, чтобы построить замок из песка, как профессионал!
Итак, вы готовы улучшить свои навыки строительства замков из песка? Готовы ли вы удивить своих друзей и других любителей пляжного отдыха? Вот все, что вам нужно знать, чтобы начать строить замок из песка как профессионал!
Инструменты для строительства замка из песка
Но прежде чем мы перейдем к этим советам, давайте поговорим об инструментах. К счастью, для строительства замков из песка требуется очень мало инструментов. Возможно, у вас уже есть немало этих основных инструментов дома. Вот список того, что вам нужно:
- Ведро хорошего размера для транспортировки воды и смешивания песка. Если вы забыли его дома, не расстраивайтесь и смотрите совет № 1 ниже.
- Прочная лопата значительно облегчает работу по зачерпыванию тяжелого мокрого песка. Лопата большего размера делает это проще, чем пытаться делать это лопатами меньшего размера или руками.
- Инструменты для резьбы по дереву необходимы для сложных работ по замку из песка. Если вы ищете нестандартные инструменты для замков из песка, вы можете приобрести профессиональный набор инструментов для лепки в San Diego Sand Castles. Чтобы собрать свой собственный набор, возьмите пластиковый нож из корзины для пикника или шпатель для украшения торта с кухни, оба инструмента пригодятся, когда вы будете добавлять все забавные детали к своему творению из песка.
Совет №1 по строительству замков из песка – подготовьте песок
Первый шаг к строительству замечательных замков из песка – это подготовка песка, который является вашим строительным материалом. Если ваш песок слишком влажный, он будет слишком тяжелым и неряшливым для использования. Если ваш песок слишком сухой, он не будет держать форму и рассыплется. Вам нужна идеальная смесь песка и воды, то есть влажный насыщенный песок, похожий на цемент.
Сан-Диего Sand Castles обучает всех своих учеников технике строительства замков из песка, называемой ручной укладкой.
Техника ручного укладки так же, как это звучит. Голыми руками вы берете песок (очень влажный песок), зачерпываете его и затем складываете. Ключом к обращению с песком является добавление большого количества воды, чтобы ваши строительные материалы выглядели как влажный цемент или очень густая грязь.
Чтобы получить консистенцию влажного цемента, полезно использовать ведро подходящего размера для транспортировки воды для вашего песка. Если у вас нет доступа к ведру, выкопайте 12-дюймовую яму, где сухой песок встречается с влажным песком, и дайте воде заполнить яму. Отверстие будет функционировать аналогично ведру и станет резервуаром для подготовки песка.
Совет №2 по строительству замка из песка – заложите фундамент
Строя что-либо, нужно начинать с хорошего фундамента. Сверхсекретная техника, которую профессионалы используют для создания основы скульптуры из песка, называется «плюх и покачивания». Да, это очень технический термин!
Техника плюхания и покачивания отлично подходит для создания очень удобной основы из песка, на которой вы будете строить свой замок из песка.
К счастью, это легко сделать! Все, что вам нужно сделать, это зачерпнуть кучу песка, плюхнуть его и хорошенько встряхнуть. Когда песок подсохнет, зачерпните, шлепните и покачайте еще одну кучу поверх первой.
Совет № 3 по строительству замка из песка – складывайте его вместе
Чтобы построить высокую башню замка из песка, нужно наращивать стопки. Легче строить прямо, шлепая, покачивая и складывая на одну насыпь песка. Не рекомендуется добавлять дополнительные стопки вокруг основания, иначе вы можете поставить под угрозу фундамент вашего замка.
Не знаете, как высоко складывать? Хорошее эмпирическое правило для детей младше 10 лет — хлопать и покачивать стопку на высоте локтя.
Совет №4 по строительству замка из песка – вылечить и вырезать
После создания конструкции замка из песка нужно дать ей немного «застыть». Это означает, что вы позволяете влаге медленно испаряться из песка. Время, необходимое для отверждения вашего замка из песка, будет зависеть от множества факторов, в том числе от того, насколько влажный ваш песок, насколько велик ваш замок из песка, насколько жарко/солнечно на улице и т.
д. Вы не хотите, чтобы он полностью высох. , но вы хотите дать ему достаточно времени, чтобы немного успокоиться.
После того, как ваш замок будет вылечен, пришло время добавить детали. Это тот момент в вашей конструкции, когда доступ к инструментам для резьбы значительно упрощает работу по вырезанию и добавлению текстуры. Если вы хотите добавить к своему творению чешую русалки, бриллианты, кирпичи, окна, ступени, зубчатые стены или другие сложные детали, правильные инструменты помогут вам точно и легко вырезать деликатный песок.
Совет №5 по строительству замка из песка: поддерживайте его в чистоте
После того, как вы добавили детали и интерес к своей скульптуре, пришло время очистить швы и канавки от рыхлого песка. Пластиковый воздушный насос, трубка или соломинка — отличные инструменты, которые можно использовать для очистки от лишнего песка.
Тряпка из пластиковых перьев из микрофибры — еще один инструмент, который профессиональные строители замков из песка используют для очистки от застрявшего песка при работе с деталями.
Для этого можно использовать обычную кисть. Независимо от инструмента, это важный шаг в строительстве замка из песка, который помогает сделать детали вашей скульптуры из песка действительно яркими.
Совет №6 по строительству замка из песка: добавьте зубчатые блоки
Если вы действительно хотите украсить свою конструкцию, вот бонусный совет: добавьте зубчатые блоки! Что такое зубчатый блок? Crenels — это крепостные стены, которые вы видите на вершинах средневековых замков. Эти блоки прямоугольной формы защищают замок от потенциальных злоумышленников.
Чтобы сделать зубчатый блок, начните со свежей стопки влажного песка. После того, как он немного подсохнет, выровняйте его, разрезав его своими инструментами для резьбы. Точно так же, как нарезка противня для пирожных, вам нужно вырезать маленькие квадраты или прямоугольники.
Затем разрежьте основание и поддерживайте рукой блок песка, поднимая его. Затем аккуратно поместите его на башню. Может возникнуть соблазн вырезать блоки прямо из своей башни, но не поддавайтесь этому искушению! Разрезание башни, скорее всего, приведет к ее обрушению!
Совет № 7 по строительству замка из песка – как строить мосты
Допустим, у вас есть две башни, и вы планируете построить большую крепость из песка.
Возможно, вам понадобится мост или два! Мосты делать легче, чем вы могли бы ожидать (и они действительно вызывают «вау»), особенно когда вам помогают две пары рук.
Чтобы построить мост, вы начнете с мокрого песка. Пока вы формируете мост, вторая пара устойчивых рук* может поддерживать его нижнюю часть, пока песок не высохнет. Когда песок достаточно высохнет, уберите руки. Вуаля! Ваш мост готов.
*По мнению профессионалов, крепкие руки обычно бывают у людей в возрасте 10 лет и старше.
Наука и удовольствие от строительства замка из песка
Следуя этим советам, мы надеемся, что ваш следующий замок из песка будет впечатляющим! Строительство замков из песка — это увлекательный способ для людей всех возрастов дать волю своему воображению. Для семей, обучающихся на дому, строительство замка из песка также является возможностью узнать о науке. В Австралийской академии наук есть отличная статья, в которой освещаются уроки в области геологии, инженерии и физики, связанные с повседневным процессом строительства конструкций из песка.
В следующий раз, когда вы окажетесь на пляже, мы надеемся, что вы воспользуетесь этими советами по строительству замка из песка! Удачной замки из песка!
ОСОБОЕ СПАСИБО компании San Diego Sand Castles за то, что поделились своими советами и помогли воплотить в жизнь наши мечты о замках из песка.
Ваши дети любят строить замки из песка?
Об авторе
Мишель целыми днями работает над проектами по улучшению качества жизни жителей своего района, а ночи читает своему 6-летнему ребенку книги о всех видах динозавров, которые когда-либо существовали (там 900 проверенных видов, если вам интересно). Вместе со своим сыном Мишель создала Wonder Club Explorers, компанию, которая вдохновляет детей на удивление и любопытство. По выходным она находит время для себя, занимаясь утренней гимнастикой и мастеря ювелирных изделий по металлу. Она живет в Альтадене со своим мужем и сыном среди калифорнийских дубов и в двух шагах от гор Сан-Габриэль.
Вы можете найти Мишель в Интернете по следующим адресам:
Instagram: @wonderclubexplorers
Веб-сайт: www.
wonderclubexplorers.co
Публикации RWMC: Этикет и поведение на природе для детей, Резолюции на природе для детей на природе, Как развить у детей грамотность, вдохновленную природой
исследовать странный мир песка – Мир физики
выпуск журнала Physics World за август 2021 г. Члены Института физики могут ознакомиться с полным выпуском через приложение Physics World .
Строительство замков из песка — одно из маленьких удовольствий отдыха на пляже, но что вы на самом деле знаете о науке об этих сооружениях? Ян Рэндалл берет свое ведро и лопату, чтобы исследовать странный мир науки о песке
Самый высокий в мире замок из песка высотой 21,16 м был построен в Блокхусе, Дания, 2 июля 2021 года. (Предоставлено: Shutterstock/DVY) Несравненное здание поднимается в ослепительно-голубое небо. Вокруг центральной, смутно пирамидальной башни, между бойницами и контрфорсами торчат десятки шпилей и башен самых разных форм и конструкций. Вокруг базы проходит укрепленная стена, за которой из водоема появляется бдительный дракон, а с одной стороны внушительного сооружения сияет маяк.
Это не дизайн нового головного офиса Physics World
Но работать с песком не так просто, как кажется. До успеха Штиера и его команды самым высоким в мире замком из песка была конструкция высотой 17,65 м, построенная на немецком морском курорте Бинц другим голландским скульптором из песка, Томасом ван ден Дунгеном. Ему не привыкать доводить песок до предела, ранее он помог создать самую длинную в мире скульптуру из песка (27,3 км) и самое большое количество замков из песка, построенных за один час (2230).
Однако предыдущие две попытки Ван ден Дунгена побить рекорд самого высокого замка из песка провалились после того, как одно здание рухнуло за несколько дней до завершения, а другое было сорвано стаей защищенных береговых ласточек, гнездившихся на строительной площадке. Никто из нас вряд ли построит что-то столь же амбициозное, когда отдыхает на пляже, но есть ли что-нибудь, что наука может сказать нам о том, как построить идеальный замок из песка?
Скользко во влажном состоянии
Начать стоит с Мэтью Беннета, ученого-эколога из Борнмутского университета в Великобритании, которому в 2004 году компания Teletext Holidays поручила определить лучшие пляжи Великобритании для строительства замков из песка. На разных пляжах есть разные типы песка, поэтому его работа заключалась в том, чтобы выяснить, с каким материалом лучше всего работать.
Вооружив своих учеников ведрами и лопатами, Беннетт отправил их на 10 самых популярных пляжей Великобритании в то время с инструкциями собрать образцы песка с каждого.
После того, как они принесли материал обратно в лабораторию, его команда высушила песок, насыпала его в стаканы, добавила воды и перевернула каждый полный контейнер вверх дном. «Затем мы сложили грузы на вершине каждого «лабораторного замка» и отметили общий вес, который [он мог выдержать] до разрушения», — объясняет Беннетт.
Команда обнаружила, что ключом к прочному замку из песка было смешивание одного ведра воды с каждыми восемью ведрами песка. Это объемное соотношение 8:1, которое было одинаковым для всех 10 протестированных мест, на самом деле является примерно тем же составом, что и на реальных пляжах вокруг точки, где вода ближе всего подходит к берегу во время прилива.
По словам Беннетта, это идеальное соотношение обеспечивает то, что вода помогает только связывать песок, а не действует как смазка. Слишком много воды, и ваша конструкция потечет и рухнет, что и происходит, когда замки из песка встречают своего естественного хищника — прилив. С другой стороны, слишком мало, и песок осыпается.
На самом деле прочность кучи песка зависит от двух факторов. Во-первых, это структура отдельных зерен. Те из них, которые имеют более угловатую и неправильную форму, сцепляются друг с другом лучше, чем зерна, которые стали округлыми из-за того, что их долго транспортировали — процесс, который истирает их под действием ветра и волн. Вот почему песок, содержащий множество микроскопических угловатых фрагментов сломанных ракушек, хорош для строительства крепких замков из песка, объясняет Беннетт. Другим, более важным фактором является количество воды, удерживаемой между ними, при этом более мелкие зерна удерживают больше воды.
Исследование Беннета привело к тому, что он назвал Торки на юго-западе Англии лучшим местом в Великобритании для замков из песка, благодаря тому, что он называет «восхитительным красным песком». Близко на втором месте находится Бридлингтон в Восточном Йоркшире, а Борнмут, Грейт-Ярмут и Тенби делят третье место. «Это был простой, но эффективный эксперимент», — вспоминает Беннетт, объясняя, что до сих пор использует это исследование как забавный способ вовлечь людей в геологические концепции.
Однако он признает, что в принципе любой песок можно использовать для строительства замков из песка, и что выбор красного песка Торки в качестве «победителя» его исследования 2004 года в немалой степени был обусловлен его привлекательными эстетическими свойствами. Однако помогло то, что песок, о котором идет речь, образовался более 200 миллионов лет назад, когда Британия, которая тогда располагалась внутри суперконтинента Пангея, была частью пустыни, превышающей по размерам Сахару. Поэтому в песке Торки много мелких зерен, которые, по словам Беннета, улучшают его когезионные свойства.
Мосты, недалеко
Для физика замок из песка — это просто конструкция из уплотненного гранулированного материала (песка), смешанного с жидкостью (водой или морской водой). Но как эта вода помогает песчинкам слипаться? Ответ кроется в поверхностном натяжении пленок воды, образующихся между зернами. Как поверхность воды в пробирке изгибается по краям из-за сил сцепления между стеклом и жидкостью, так и вода образует крошечные «капиллярные мостики» между песчинками.
Эти мостики притягивают зерна друг к другу, сводя к минимуму площадь поверхности между водой и воздухом и увеличивая площадь поверхности между водой и песком, к которому они притягиваются.
Теперь, хотя соотношение песка и воды 8:1 может быть лучшим для лепки, оказывается, что влажный песок по-прежнему стабилен, т. е. ведет себя так, как если бы он был твердым, в широком диапазоне содержания воды. Очевидно, есть что-то странное в силе, удерживающей песок вместе, и именно это вдохновило Стефана Хермингхауса, физика из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Геттингене, Германия, внимательно изучить это явление.
1 Замки из песка в лаборатории Чтобы смоделировать роль воды в связывании песчинок, команда под руководством физика Стефана Хермингхауса из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Геттингене, Германия, создала 3D-изображения влажных стеклянных шариков с помощью рентгеновской микротомографии. (Вверху) Эти компьютерные модели шариков (желтые) показывают трехмерные «капиллярные мосты» (синие), которые притягивают шарики друг к другу, как в реальном песке.
(Вверху) Больше капиллярных перемычек (белые области) образуется по мере увеличения количества воды между зернами (слева направо). (Перепечатано с разрешения Springer Nature: Nature Materials 7 189 © 2008)Вместо того, чтобы изучать сам песок, он и его команда обратились к модельной системе, состоящей из влажных стеклянных шариков, которые были похожи по размеру и форме на песок. Используя рентгеновскую микротомографию — метод, который создает цифровые изображения поперечного сечения объекта без его повреждения — они смогли создать трехмерные изображения шариков и изучить, что происходит, когда к искусственному песку добавляется больше воды. Крошечные капиллярные мостики, которые изначально связывают два отдельных зерна, начинают увеличиваться и сливаться, образуя все более сложные структуры, которые часто выглядят как серия колец, вытянутых из банок из-под напитков, склеенных вместе (рис. 1).
По мере роста мостиков они вступают в больший поверхностный контакт с песчинками, что увеличивает связывающий эффект воды благодаря ее притяжению к песчинкам.
В то же время, однако, вогнутая арка капиллярного мостика становится менее выраженной, уменьшая отрицательное давление в воде. Поскольку отрицательное давление воды сближает зерна, его уменьшение приводит к меньшему сближению зерен.
Оба эффекта уравновешиваются, а это означает, что смоделированный песок сохраняет ту же липкость при добавлении в него большего количества воды. Однако было обнаружено, что это правило нарушается, когда вода занимает около 15% песчаной кучи или 35% всего доступного порового пространства между зернами. За пределами этого предела целостность сваи начала ослабевать.
Вам не нужно много воды, чтобы построить большие высокие замки из песка: маленькие капиллярные мостики действуют как клей между песчинками
«Замечательная нечувствительность механических свойств [кучи песка] к содержанию жидкости обусловлена особой организацией жидкости в куче в виде открытых структур», — отмечают исследователи в своей статье 2008 года ( Nature Materials 7 189).
Другими словами, теперь мы знаем, почему для создания больших и высоких замков из песка не нужно много воды: все дело в маленьких капиллярных мостиках, которые действуют как клей между песчинками.
Отличное времяпрепровождение
Но существует ли теоретический предел высоты замка из песка? Даниэль Бонн, физик из Амстердамского университета в Нидерландах, задался этим вопросом вместе со своими коллегами в 2012 году. Они сделали это, насыпав различное количество влажного песка в пластиковые цилиндры разного диаметра, прежде чем отрезать плесени и увидеть, насколько высокими могут быть колонны, прежде чем они рухнут.
Команда обнаружила, что колонны прогибаются, когда они упруго прогибаются под собственным весом. Учитывая это, исследователи определили, что максимально возможная высота столба песка увеличивается пропорционально радиусу основания столба в степени 2/3. Подсчитайте, и вы увидите, что для того, чтобы построить столб из песка в два раза выше вашего друга, вам нужно увеличить его радиус в √8 ≈ 2,8 раза.
Между тем, из измерений модуля упругости влажного песка они пришли к выводу, что оптимальная прочность достигается при объемной доле жидкости около 1%.
Эта цифра отличается от отношения, которое Беннетт нашел в своем исследовании с использованием ведра и лопаты, что, возможно, неудивительно, учитывая, что настоящие замки из песка имеют тенденцию быть не цилиндрическими, как в исследовании Бонна, а часто более коническими. В конце концов, форма конуса максимизирует устойчивость конструкции замка из песка, как показало исследование моделирования, опубликованное Вэньцяном Чжаном из Университета Чжэнчжоу в Китае в прошлом году (9).0122 Конф. IOP Серия: Науки о Земле и окружающей среде 514 022071).
На вопрос о практических советах начинающим скульпторам замков Бонн ответил, что уплотнение является ключом к стабильности. Вот почему профессиональные строители замков из песка обычно используют машины, называемые «отбойными молотками», которые механически уплотняют песок перед его использованием, многократно притаптывая его по земле. Уплотнение песка помогает сократить его капиллярные мостики, делая песок более прочным.
Также полезен полидисперсный песок, содержащий широкий диапазон размеров зерен. Хотя мы склонны думать, что песок состоит только из кварца, для геологов этот термин относится к любым частицам изношенной породы размером от 62,5 мкм до 2 мм. На самом деле опытные строители замков часто предпочитают лепить из «речного песка», который содержит еще более мелкие частицы глины размером от 0,9от 8 до 3,9 мкм. По словам Бонна, речной песок эффективно помещает мелкие песчинки в карманы между крупными, тем самым создавая больше капиллярных перемычек и более прочную структуру.
Глины, другими словами, действуют как «клей» между частицами, даже когда воды мало или совсем нет. Но если у вас нет речного песка, вы можете получить аналогичный эффект, используя морскую воду. Когда ваш замок из песка высыхает, кристаллы соли оседают на песчинках, выступая в качестве заменителя клея. Это еще одно преимущество строительства замков из песка на берегу моря.
Пески времени
Но даже если поблизости нет океана, чтобы держать вещи влажными, между песчинками могут образовываться капиллярные мостики в результате самопроизвольной конденсации пара внутри пористых материалов и между соседними поверхностями. Это явление, известное как «капиллярная конденсация», может влиять не только на адгезию, но и на такие свойства, как коррозия и трение в самых разных условиях. На самом деле, древние египтяне, возможно, даже извлекали выгоду из строительства капиллярных мостов, поливая водой песок, чтобы было легче перемещать по нему тяжелую каменную кладку (см. вставку).
Капиллярная конденсация обычно описывается уравнением, составленным британским физиком и математиком Уильямом Томсоном (впоследствии лордом Кельвином) в 1871 году. Оно связывает макроскопические свойства, такие как давление, кривизна и поверхностное натяжение, но уравнение также верно в микроскопическом масштабе. . Действительно, он оказался удивительно точным даже в масштабе около 10 нм.
Чтобы выяснить, почему это может быть, команда под руководством лауреата Нобелевской премии по физике Андре Гейма из Манчестерского университета недавно изготовила самые маленькие из возможных капилляров. Некоторые из них высотой всего в один атом были созданы из слоев атомной толщины слюды и графита, разделенных узкими полосками графена, которые служили прокладками. Гейм и его команда обнаружили, что эти крошечные капилляры могут вместить только один слой молекул воды внутри себя (9).0122 Природа 588 250).
Изучая конденсацию в этих капиллярах, команда пришла к выводу, что уравнение Кельвина остается прекрасным описанием даже на молекулярном уровне — даже несмотря на то, что при этих размерах вода меняет свои свойства, поскольку ее структура становится более дискретной и слоистой.
«Это стало большим сюрпризом. Я ожидал полного отказа от традиционной физики», — говорит ведущий автор Цянь Ян. «Но оказалось, что старое уравнение работает хорошо».
Однако, по словам команды, качественное соответствие между уравнением и реальностью также является случайным. Капиллярная конденсация при влажности окружающей среды создает давление около 1000 бар — больше, чем на дне самых глубоких океанов Земли. Это давление может скреплять песчинки в замке из песка, но оно также частично деформирует крошечные капилляры в экспериментах исследователей, противодействуя измененным свойствам воды на молекулярном уровне.
«Хорошая теория часто работает за пределами своей применимости», — признает Гейм. «Лорд Кельвин был замечательным ученым, сделавшим множество открытий, но даже он, несомненно, был бы удивлен, обнаружив, что его теория, первоначально наблюдаемая в трубках миллиметрового размера, верна даже в масштабе одного атома. Фактически, в своей основополагающей статье Кельвин прокомментировал именно эту невозможность.
Так что наша работа доказала, что он и прав, и неправ одновременно».
Вода, как у египтянина
(Предоставлено сэром Джоном Гарднером Уилкинсоном, 1854 г.)Если строительство замков из песка не удовлетворяет ваш строительный зуд, оказывается, что песок и вода могут использоваться для создания гораздо более сложных конструкций. В статье, опубликованной в 2014 году ( Phys. Rev. Lett. 112 175502), группа под руководством Даниэля Бонна — физика-гранулиста из Амстердамского университета — утверждала, что древние египтяне использовали воду для затвердевания песка пустыни. Этот более прочный материал позволял египтянам легче перемещать сани с тяжелыми камнями при строительстве пирамид и других колоссальных памятников.
Вдохновением для этого представления послужила фреска возрастом примерно 3900 лет, которая когда-то украшала стену в гробнице Джехутихотепа, одного из самых влиятельных номархов (или правителей провинций) Среднего царства Египта, существовавшая примерно с 2050 по 1780 г.
до н.э. На украшении был изображен гигантский колосс Джехутихотепа — ростом в четыре человека — которого 172 рабочих тащили на санях по пустыне (на фото выше).
Что интересно, фигура, стоящая впереди саней на росписи, льет воду на песок, по которому скоро будет тащить гигантскую статую, в то время как два других раба пополняют его запасы. Египтологи долгое время отвергали это любопытное действие как ритуал, но Бонн и его коллеги экспериментально продемонстрировали, что добавление определенного количества воды к песку делает его жестким, образуя микроскопические «капиллярные мостики» (см. основной текст).
Эти мостики снижают коэффициент трения песка, а также предотвращают скопление песка перед санями или его погружение в песок. В частности, команда обнаружила, что коэффициент динамического трения уменьшается вдвое, когда содержание воды в песке достигает примерно 5%. Однако еще немного, и трение возрастет, даже превысив значение для сухого песка при содержании воды 10%.
Он проникает повсюду
Изучение физики песка и связывающих его капиллярных сил полезно не только для постройки лучшего замка из песка. Например, методы визуализации, разработанные Хермингхаусом и его командой для изучения стеклянных шариков, могут более широко применяться к границам раздела зерно-жидкость-воздух. Таким образом, эта работа может найти практическое применение вдали от моря — от предотвращения образования комков порошка до улучшения нашей способности предвидеть и предотвращать оползни.
Определение механических свойств влажного песка также может помочь в строительстве. В конце концов, большинство дорог, железных дорог, домов и зданий построены на песчаных почвах, но они должны быть устойчивыми, чтобы такие конструкции выжили. Вода может укреплять песчаные кучи, что помогает им стать более устойчивыми, но также может представлять опасность для уменьшения уплотнения.
Как известно любому инженеру-строителю, строительство на неуплотненном песке может привести к образованию «зыбучих песков», кошмару строителя.
Состоящий из рыхлого песка, насыщенного водой, зыбучий песок может вначале казаться твердым. Но, будучи неньютоновской жидкостью, зыбучие пески разжижаются при волнении, например, из-за сотрясения земли. Он образует взвесь и теряет свою вязкость, позволяя предметам тонуть в песке.
Это особая проблема в Нидерландах, где находится Бонн, где много зыбучих песков на земле, отвоеванной у моря с помощью дамб. Эта земля, известная как «польдер», не может быть застроена сразу, поэтому строителям приходится ждать несколько лет, пока песок не уплотнится, прежде чем начинать строительство. «Если он не уплотнен, — говорит Бонн, — вы можете утонуть и застрять в нем».
Идеальное сочетание
Итак, прежде чем отправиться на пляж, давайте подведем итоги. Для действительно захватывающего дух замка из песка выберите место с приличным количеством более мелкого песка. Возьмите мокрый песок с отметки прилива, что даст вам идеальное соотношение песка и воды 8:1. Уплотните материал, чтобы повысить устойчивость.