Ein internationales Forscherteam hat erstmals das Rezept für eine perfekte Sandburg ausgerechnet. Optimal wird die Konstruktion demnach, wenn der Sand nur rund ein Prozent Wasser enthält. Dann sorgt ein dünner Wasserfilm für die stärkste Haftwirkung zwischen den Sandkörnern. Wie hoch eine Burg werden könne, hänge aber auch von ihrer Grundfläche ab: Die maximale Höhe ergebe sich aus dem Radius der Burgbasis hoch zwei Drittel, berichten die Forscher im Fachmagazin „Science Reports“. Berücksichtigt werden müsse dann aber noch Schwerkraft, Dichte des Materials und die Elastizität.
„Bei typischen Strandsand kann eine Sandburg mit einem Radius 20 Zentimetern daher bis zu zweieinhalb Meter hoch werden“, schreiben Maryam Pakpour von der Universität von Amsterdam und ihre Kollegen. Dieses über ihre Formel ermittelte Ergebnis stimme deutlich besser mit Beobachtungen bei echten Sandburgen überein als bisherige Versuche, die maximal mögliche Höhe zu errechnen.
Dass hauchdünne Brücken aus Wasser Sandkörner miteinander verbinden und so den Sand fest und tragfähig machen, ist schon lange bekannt. Wie viel Wasser dafür aber optimal sei und wie stabil diese Bindung sei, das habe bisher kaum jemand untersucht. „Das ist umso erstaunlicher, als dass körnige Materialien wie Sand oder Getreide eine wichtige wirtschaftliche Rolle spielen“, schreiben Pakpour und ihre Kollegen.
Die Forscher entwickelten ihre Sandburg- Formel aus einer Gleichung, die normalerweise von Ingenieuren genutzt wird, um die Stabilität von Gebäuden zu errechnen. In ihr wird neben der Schwerkraft, der Dichte des Materials, dem Radius der Grundfläche und einer Konstante auch das sogenannte Elastizitätsmodul berücksichtigt. Dabei handelt es sich um eine Größe, die beschreibt, wie ein Material auf Verformungen reagiert.
Sandsäulen als Praxis-Test für die Formel
Die Ergebnisse der Formel überprüften Pakpour und ihre Kollegen in einem Experiment. Dazu füllten sie Sand mit einem Prozent Wassergehalt in senkrecht stehende PVC-Rohre mit Radien von 0,5 bis 7,5 Zentimetern. In bestimmten Abständen klopften sie den Sand fest und entfernten dann die zuvor längs in zwei Hälften geteilten Stützrohre. Blieb die Sandsäule stabil, legten sie das Rohr wieder an, füllten mehr Sand ein und testeten dann erneut, ob die Säule stehenblieb. Bei einem Radius von zwei Zentimetern konnten die Forscher so ihre Säule bis auf 27 Zentimeter Höhe auftürmen, bei sieben Zentimeter Radius sogar bis auf 60 Zentimeter. „Das passt sehr gut zu unserem theoretisch ermittelten Wert“, konstatieren Pakpour und ihre Kollegen.
Noch höher hinaus komme man bei gleicher Grundfläche nur, wenn man das spezifische Gewicht des Sandes verringere. Das sei beispielsweise unter Wasser der Fall. Wie die Forscher erklären, kann man dann keinen normalen Sand nehmen, weil das Wasser die Sandkörner auseinandertreibt. Aber nutzt man wasserabweisenden Sand, sogenannten hydrophoben Sand, tauschen Wasser und Luft die Rollen: Dann sind es hauchfeine Luftbrücken, die die wasserabweisend beschichteten Körner zusammenhalten. „Unter diesen Bedingungen kann man Unterwasser-Sandburgen bauen, die noch spektakulärer sind als die normalen“, schreiben die Wissenschaftler.
(Science Reports, 03.08.2012 – NPO)
