La fisica dei castelli di sabbia

Costruire castelli di sabbia è un divertente gioco dei bambini al mare , ma rappresenta anche un interessante problema di fisica.Quando la sabbia è asciutta, l’attrito tra le particelle garantisce una debole forza di coesione, che però non basta a contrastare la forza di gravità, che fa cadere i cumuli di sabbia. L’aggiunta di acqua cambia notevolmente le proprietà della sabbia: la coesione tra i granelli umidi aumenta di molto grazie alla forza di attrazione che si instaura tra le molecole di acqua che circondano i granelli. Questa forza si chiama tensione superficiale ed è una caratteristica dei liquidi: le molecole superficiali sono attratte verso l’interno dalle molecole sottostanti.La tensione superficiale agisce pertanto come un elastico, un collante, tra i grani di sabbia, creando una forza di attrazione tra essi che è assente nella sabbia asciutta. Quando si bagna la sabbia, ogni goccia d’acqua ‘cerca’ il contatto con la superficie di due o tre granelli; la tensione superficiale fa poi sì che si creino piccolissimi ‘ponti’ lungo i quali si trasmette la forza di attrazione che rende compatti i grani.  La costruzione di un castello di sabbia stabile necessita del giusto rapporto tra acqua e sabbia: troppa poca acqua non è sufficiente a contrastare con la tensione superficiale la forza di gravità e i castello cade; viceversa, troppa acqua dissolve i ‘ponti’ creati dalla tensione superficiale e il castello diventa fanghiglia. 
I granelli di sabbia più fini garantiscono una coesione maggiore: i litorali più adatti sono pertanto quelli bassi, dove c’è un continuo rimescolamento delle acque. Il sale contenuto nell’acqua di mare contribuisce a tenere saldo il castello, grazie al suo effetto collante, che si mantiene anche quando l’acqua comincia a evaporare.