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神奇的沙袋
2024-06-08
沙袋是我們日常生活中常見(jiàn)的物品，一般常見(jiàn)的裝填有沙土或其他顆粒狀物質(zhì)的袋子，通常由耐磨的材料制成，如帆布或牛皮紙。沙袋通常呈長(cháng)方形或圓柱形狀，有一個(gè)或多個(gè)用于填充和封閉的口子。在許多情況下，沙袋具有可重復使用的特性，這使得它們成為一種經(jīng)濟實(shí)惠且靈活多用的工具。它們常用于各種領(lǐng)域，包括健身訓練、防洪工程、軍事防御等。
沙袋在各個(gè)領(lǐng)域中的應用
在健身領(lǐng)域，沙袋常被用作訓練器材，用于練習擊打、踢擊和其他格斗技巧。沙土由無(wú)數微小的顆粒組成，這些顆粒之間存在著(zhù)摩擦力。這種摩擦力是由顆粒之間的相互作用所產(chǎn)生的，當外部力量作用于沙土時(shí)，這些顆粒會(huì )相互摩擦，從而形成內部的支撐結構。這種支撐結構使得沙袋能夠在受到外部沖擊時(shí)保持形狀穩定，有效地分散沖擊力，減少了對外部環(huán)境的影響。因此，沙袋的填充物能夠緩沖沖擊力，減少運動(dòng)員受傷的風(fēng)險。
拳擊手采用沙袋訓練
在防汛抗洪領(lǐng)域，由于沙袋由常見(jiàn)的材料制成，填充材料通常是當地易于獲取的沙土或其他顆粒狀物質(zhì)，這使得沙袋能夠在抗洪緊急情況下迅速準備和運輸到需要的地點(diǎn)。并且，顆粒之間的摩擦力和緊密排列使得沙袋具有很好的抗壓能力。這意味著(zhù)沙袋能夠承受洪水的沖擊和水壓，保持堤壩的穩定性。同時(shí)，沙袋堆放起來(lái)靈活，可以根據實(shí)際情況調整形狀和高度。這種靈活性使得沙袋能夠適應不同地形和洪水水位的變化，提高了抗洪效果。
由于沙土本身是由大大小小不均勻的顆粒組成的，因此在大壩的下游段，會(huì )出現細小粒徑的土顆粒隨著(zhù)水沖刷帶走的現象，這種現象被稱(chēng)為管涌，也可以叫做翻沙鼓水。涌水口徑小者幾厘米，大者幾米，孔隙周?chē)嘈纬陕∑鸬纳抄h(huán)。一個(gè)小的管涌口便可以將一整個(gè)大壩摧毀。我們在電影中也可以看到抗洪戰士將沙袋扔到水里，這樣可以壓住土體，阻止細小的顆粒繼續隨著(zhù)水流沖走，遏制管涌。
管涌發(fā)生及沙袋放置示意圖
現實(shí)中管涌的發(fā)生
在各類(lèi)戰爭題材的電影中我們也可以看到，防線(xiàn)上都會(huì )設置一排排像墻面一樣厚的沙袋，士兵在沙袋上伏擊或作戰，沙袋確實(shí)也為他們擋了不少子彈與炮火。這種沙袋防御墻到現在也還被廣泛使用，用沙袋當防御墻。子彈能不費力地穿過(guò)十幾毫米厚的鋼板，卻打不穿沙袋，這又是為什么呢？
這與沙子的性質(zhì)有關(guān)，沙子在流動(dòng)性質(zhì)上通常被認為是一種非牛頓流體。非牛頓流體在生活與大自然中廣泛存在，比如人體內的淋巴液和囊液等體液組織，包含細胞液的細胞質(zhì)，都屬于非牛頓流體。這種非牛頓流體的摩擦力變化幅度非常大，同時(shí)擁有液體和固體兩種狀態(tài)的摩擦系數。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當子彈頭射入沙袋以后，一道巨大的沖擊力使沙子的密度變高，同時(shí)使沙子聚集產(chǎn)生較大的變形，集中抵抗子彈的穿透力。在子彈與沙子的摩擦下，子彈頭的動(dòng)能在極短時(shí)間內快速轉化為沙袋的熱能，最終子彈頭鑲嵌到沙袋內。
在如今，隨著(zhù)高科技、高殺傷力武器的發(fā)展，現代軍事基地中使用的沙袋已經(jīng)進(jìn)行了現代化改進(jìn)。例如，艾斯科公司開(kāi)發(fā)的防爆墻就是一種現代化沙袋防御系統。這種防爆墻由多個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊內含有不同尺寸的金屬網(wǎng)格，網(wǎng)格填充了沙子、石子、黏土等材料，這種設計大致與傳統沙袋的工作原理相似，但利用了現代技術(shù)和材料，提高了防御能力和耐久性。
艾斯科防爆墻
總結來(lái)說(shuō)，沙土作為一種普遍存在的自然物質(zhì)，展現出了令人驚嘆的多功能性和優(yōu)越性能。即使是在小小的沙袋這樣簡(jiǎn)單的形式中，它也發(fā)揮著(zhù)重要的作用。這種神奇的材料不僅在物理上具有適應性，還在經(jīng)濟性和可持續性方面具有優(yōu)勢。沙土的多功能性再次證明了大自然所提供的資源是寶貴且無(wú)與倫比的。
2024 /
06-08
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