原创 呀 力学科普

沙袋是我们日常生活中常见的物品，一般常见的装填有沙土或其他颗粒状物质的袋子，通常由耐磨的材料制成，如帆布或牛皮纸。沙袋通常呈长方形或圆柱形状，有一个或多个用于填充和封闭的口子。在许多情况下，沙袋具有可重复使用的特性，这使得它们成为一种经济实惠且灵活多用的工具。它们常用于各种领域，包括健身训练、防洪工程、军事防御等。

沙袋在各个领域中的应用

健身领域

在健身领域，沙袋常被用作训练器材，用于练习击打、踢击和其他格斗技巧。沙土由无数微小的颗粒组成，这些颗粒之间存在着摩擦力。这种摩擦力是由颗粒之间的相互作用所产生的，当外部力量作用于沙土时，这些颗粒会相互摩擦，从而形成内部的支撑结构。这种支撑结构使得沙袋能够在受到外部冲击时保持形状稳定，有效地分散冲击力，减少了对外部环境的影响。因此，沙袋的填充物能够缓冲冲击力，减少运动员受伤的风险。

拳击手采用沙袋训练

防汛抗洪领域

在防汛抗洪领域，由于沙袋由常见的材料制成，填充材料通常是当地易于获取的沙土或其他颗粒状物质，这使得沙袋能够在抗洪紧急情况下迅速准备和运输到需要的地点。并且，颗粒之间的摩擦力和紧密排列使得沙袋具有很好的抗压能力。这意味着沙袋能够承受洪水的冲击和水压，保持堤坝的稳定性。同时，沙袋堆放起来灵活，可以根据实际情况调整形状和高度。这种灵活性使得沙袋能够适应不同地形和洪水水位的变化，提高了抗洪效果。

由于沙土本身是由大大小小不均匀的颗粒组成的，因此在大坝的下游段，会出现细小粒径的土颗粒随着水冲刷带走的现象，这种现象被称为管涌，也可以叫做翻沙鼓水。涌水口径小者几厘米，大者几米，孔隙周围多形成隆起的沙环。一个小的管涌口便可以将一整个大坝摧毁。我们在电影中也可以看到抗洪战士将沙袋扔到水里，这样可以压住土体，阻止细小的颗粒继续随着水流冲走，遏制管涌。

管涌发生及沙袋放置示意图

现实中管涌的发生

军事防御领域

在各类战争题材的电影中我们也可以看到，防线上都会设置一排排像墙面一样厚的沙袋，士兵在沙袋上伏击或作战，沙袋确实也为他们挡了不少子弹与炮火。这种沙袋防御墙到现在也还被广泛使用，用沙袋当防御墙。子弹能不费力地穿过十几毫米厚的钢板，却打不穿沙袋，这又是为什么呢？

这与沙子的性质有关，沙子在流动性质上通常被认为是一种非牛顿流体。非牛顿流体在生活与大自然中广泛存在，比如人体内的淋巴液和囊液等体液组织，包含细胞液的细胞质，都属于非牛顿流体。这种非牛顿流体的摩擦力变化幅度非常大，同时拥有液体和固体两种状态的摩擦系数。

简单来说，当子弹头射入沙袋以后，一道巨大的冲击力使沙子的密度变高，同时使沙子聚集产生较大的变形，集中抵抗子弹的穿透力。在子弹与沙子的摩擦下，子弹头的动能在极短时间内快速转化为沙袋的热能，最终子弹头镶嵌到沙袋内。

在如今，随着高科技、高杀伤力武器的发展，现代军事基地中使用的沙袋已经进行了现代化改进。例如，艾斯科公司开发的防爆墙就是一种现代化沙袋防御系统。这种防爆墙由多个模块组成，每个模块内含有不同尺寸的金属网格，网格填充了沙子、石子、黏土等材料，这种设计大致与传统沙袋的工作原理相似，但利用了现代技术和材料，提高了防御能力和耐久性。

艾斯科防爆墙

总结来说，沙土作为一种普遍存在的自然物质，展现出了令人惊叹的多功能性和优越性能。即使是在小小的沙袋这样简单的形式中，它也发挥着重要的作用。这种神奇的材料不仅在物理上具有适应性，还在经济性和可持续性方面具有优势。沙土的多功能性再次证明了大自然所提供的资源是宝贵且无与伦比的。

文章来源力学科普

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