Sandslotte er bare fede – så er det sagt.
Hver sommer skyder de op på stranden, hvor børn i alle aldre forsøger at overgå hinanden i at bygge større, højere og mere spektakulært.
Men sandslotsbyggeri er ikke kun en leg. Der er faktisk kompleks videnskab bag den tilsyneladende simple strandfornøjelse.
I slottets skydeskår, vandmandsfyldte voldgrav, portåbning og muslingbeklædte prinsessetårn gemmer sig fysiske egenskaber, der afgør, hvor højt sandslottet kan blive.
Det har nemlig stor betydning, hvor vådt sandet er, når du bruger det til dit sandslot. Er det for tørt, kan slottets sandkorn ikke holde fast i hinanden, og slotsbyggeriet bliver en kort fornøjelse. Er det for vådt, vil slottet bukke under for sin egen vægt.
Én spand vand til 50 spande sand
Heldigvis for alle amatør-sandslotsingeniører har et internationalt forskerhold med dansk deltagelse nærstuderet de fysiske egenskaber bag ’det perfekte sandslot’.
De kommer nu med svaret på, hvor meget vand og hvor meget sand du egentlig skal bruge.
»Den optimale mængde vand er én spand vand til 50 spande sand, altså en volumenprocent på to. Hvis man medregner fordampning i den danske sommervarme, så er tre til fem procent måske mere optimalt at starte ud med,« fortæller ph.d. i fysik Peder Møller, der deltog i det internationale forskningsarbejde under sin nu afsluttede ph.d-afhandling ved Laboratoire de Physique Statistique de ENS, Frankrig.
\ Fakta
Det er ikke kun vandindholdet, der afgør, hvor højt dit sandslot kan blive. Sandets styrke er også influeret af, hvor hårdt sandet er pakket, og hvor store sandkornene er. Jo hårdere sandet er pakket, og jo mindre sandkornene er, des højere kan sandslotte blive. Hvis sandet er helt kompakt pakket, kan det få omkring 30 procent mere styrke, hvilket gør det bedre egnet til at holde sammen, selv under presset fra store mængder overliggende sand.
Resultatet af den nye ’sandslotsforskning’ er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Scientific Reports, der hører under det velansete videnskabelige selskab Nature.
Kan bygge meterhøje sandslotte
I deres bestræbelser på at finde det optimale vandindhold i sandslotssand har forskerne undersøgt, hvor høje cylindre de kunne bygge af sand, der indeholdt mellem 0,1 og 30 procent vand.
»Mellem 0,5 og 15 procent vandindhold kan man bygge noget, der ligner et sandslot, selvom yderpunkterne er langt fra at være optimale,« fortæller Peder Møller.
Ved et vandindhold på de optimale to procent lykkedes det til gengæld forskerne at bygge et cylindrisk sandtårn, der var blot to centimeter bredt og alligevel 25 centimeter højt. Med en cylinderbredde på 16 centimeter rejste tårnet sig imponerende 100 centimeter fra gulvet i laboratoriet.
»Teoretisk set kan man med et vandindhold på to procent bygge en søjle af sand, der er to centimeter bred og 30 centimeter høj eller 16 centimeter bred og 120 centimeter høj. Selvfølgelig kommer det også an på, hvor hårdt sandet er pakket. Jo hårdere sandet er pakket, des højere kan man bygge,« siger Peder Møller.
Fysikken bag sandslotte
Bag forskernes ’leg’ i laboratoriet ligger et grundforskningsarbejde, som skal skabe fornyet viden omkring de fysiske egenskaber, der holder sandkornene sammen – de såkaldte kapillær-broer.
Kapillær-broerne formes, fordi vandmolekyler ’ønsker’ at minimere deres frie overfladeareal og derfor tiltrækker hinanden.
»Det er derfor, en klat vand i luften samler sig i små dråber, der samler sig i større dråber, som falder til jorden som regn. Det sker, fordi overfladen på én stor dråbe er mindre end overfladen på to mindre dråber,« forklarer Peder Møller.
Studiet er klart af grundforskningskarakter, selvom forståelsen, vi har tilvejebragt, forhåbentlig engang kan blive brugt til andet end bare at bygge sandslotte
Peder Møller
Du kan selv lave et lille eksperiment ved at putte lidt vand på dine pegefingre. Når du fører pegefingrene helt tæt på hinanden, samler dråberne sig og danner en lille vandbro mellem dine fingre. Det er en kapillær-bro.
Vandet samler sig dog ikke helt og falder til jorden som en dråbe, da det stadig ’ønsker’ at holde fast i dine fingre også.
På samme måde som mellem fingrene danner vand kapillær-broer mellem sandkornene og trækker dem sammen. Det er derfor, at sand klæber til din krop, når du lægger dig i sandet efter en svømmetur. Når du er tør og rejser dig igen, drysser sandkornene af, da vandet og dermed kapillær-broerne er væk.
Ny viden hjælper ingeniører
Den nye viden om vandindholds indflydelse på kapillær-broerne er ikke kun kommet i hus til gavn for børn på stranden.
»10 procent af verdens energiforbrug bliver brugt til at transportere og håndtere kornede materialer som eksempelvis sand. Her kan kapillær-broer have stor betydning for materialets transportegenskaber. Tænk eksempelvis på forskellen i at hælde vådt og tørt sand i en sandmølle i sandkassen.«
»Studiet er dog klart af grundforskningskarakter, selvom forståelsen, vi har tilvejebragt, forhåbentlig engang kan blive brugt til andet end bare at bygge sandslotte,« siger Peder Møller.
Eksempelvis kan den nye viden i fremtiden blive nyttig for ingeniører, der skal vurdere stabiliteten af undergrunden. Her er stabiliteten også afhængig af de kapillære broer i jorden.
\ Fra sandslotte til sandkunst
Hvis du drømmer om at bygge helt fantastiske sandslotte eller skulpturer, stiller det større krav til sandet end bare det rigtige vandindhold.
Sandskulptører bygger jævnligt skulpturer, der er over otte meter høje og op til 200 meter lange. Her er det ikke længere almindeligt sand, der bliver brugt i de kunstneriske mesterværker.
»Strandsand har ligget i bølgerne og er blevet skurret mod hinanden i mange år. Derfor bliver de som små bordtennisbolde. Du kan selv gætte dig til, hvad der sker, hvis man forsøger at stable dem,« fortæller Steen Holm, pressechef for Woldwide Sculpture Organisation, der blandt andet arrangerer sandskulpturfestivaller i Danmark.
Når sandskulptører i Danmark skal bygge en kopi af Jordans ikoniske oldtidsby Petra eller en statue af Nicklas Bendtner, bruger de ofte sand fra et område tæt ved Herning. Sandet har kvartsstruktur, der er mere kantet og gør det nemmere at stable.
Sandet er desuden renset for kalk og småsten og har et lerindhold mellem 10 og 12 procent. Sandskulptørerne pakker sandet i kasser, som de derefter fugter med vand og stamper kompakt med en pladevibrator (dem som jord-beton-arbejdere bruger til at gøre en kornet overflade fast). ’Byggeklodserne’ stabler de oven på hinanden, hvor arbejdet med at forme sandet til skulpturer altid starter fra toppen.
Når sandet har fået lov at tørre i 7-10 dage, danner lerindholdet en hård skal, som gør skulpturen modstandsdygtig over for vind og vejr.
