掉進流沙，真的會整個人沉下去嗎？
― 身體會在腰部附近浮起、停住。危險的不是下沉
電影裡，被困住腳的人一點一點下沉，最後只剩一隻手，然後消失。但用物理來想，這幾乎不會發生。因為沙與水的混合物，重量約是人體的2倍，身體會在腰部附近浮起、停住。即使如此，在潮灘或河口的爛泥裡動彈不得的意外，還是會發生。真正的危險，不在於下沉，而是拔不出來。
你走在退潮後的潮灘上，突然有一隻腳陷了下去。想把它拔出來，腳卻紋風不動，好像腳踝被人緊緊抓住。
慌張之下用另一隻腳用力撐，那隻腳也陷進去了。四周看起來，和剛才能走的沙地完全一樣。
沙為什麼會突然變成「走不動的地面」？又會陷到多深呢？
已經知道的有這2件事
物體會停在比自己更重的液體上。沙與水的混合物，重量約是水的2倍。所以人體只要進入一半左右，就會浮起、停住。
底下有水滲出的沙地，沙粒只是鬆鬆地堆著。一踩就會崩塌，變得像液體；接著沙粒下沉、壓緊，把腳牢牢握住。
把這2件事合起來，就能清楚看出電影的場面錯在哪裡。我們依序來看。
為什麼會停在腰部附近？
泡進浴缸時，身體會覺得變輕。這是因為有一股力，大小等於被推開的水的重量，向上把身體推回去。這股推回去的力叫做浮力。
人體的重量，和水幾乎一樣。吸飽氣、肺裡有空氣時，會比水稍微輕一點。所以在游泳池裡放鬆身體，就能勉強浮起來。
另一方面，沙與水的混合物重得多。沙粒本身約是水的2.6倍重，縫隙裡再充滿水，合起來約是水的2倍。
也就是說，人進入的是一種比自己重2倍的液體。只要推開一半的量就夠了，所以進入體積的一半左右時，就達到平衡。站立時，雙腿加腰部大約就是體積的一半。算出來的結果是大約停在腰部到胸口下方一帶（圖1右）。
那麼，為什麼拔不出來？
危險就從這裡開始。真正的流沙，出現在底下有水滲出的沙地。沙粒只是鬆鬆地堆起來，縫隙很多。
一踩上去，沙粒的堆疊方式瞬間崩解。失去支撐的沙像液體一樣鬆開，腳會陷得很深。但接著，沙粒往下沉、擠得緊緊的，水被擠到上方，腳的周圍只剩下壓緊的沙。
這種壓緊的沙，已經不容易移動。而且當腳往上抽時，腳底下方會出現空隙。沙來不及流進去，空隙裡的壓力就會下降，於是上方的大氣把身體壓下來。越是猛然拔，這股吸住的力量越強。後面的計算會顯示，以腳底的面積來看，接近2000牛頓，換成重量相當於200公斤。
看起來沒有底，是因為水混濁，看不到底。實際上下面有沙或泥的地層，深度是有限的。不只是沼澤，潮灘、河口、有湧泉的沙灘、火山的泥地，也都會出現同樣的狀態。
太白粉加水揉成的糊，快推會變硬，慢推則會陷進去。流沙正好相反，一攪動就會鬆開。同樣是「粉加水」，因為顆粒大小和縫隙多寡不同，表現就會相反。
那麼，該怎麼辦？
- 不要慌張地硬拔拔得越急，吸得越緊。先停下動作，調整呼吸。
- 身體往後躺，讓背部和雙手以寬廣的面積貼在上面接觸面越寬，越不會下沉。原本集中在腳上的力量就能分散。
- 左右搖動腳踝，一邊讓水進去，一邊一點一點拔出水繞進來，沙就會鬆開。每次動作要小，慢慢花時間。
即使沒有沉到頭頂，如果動彈不得時漲潮，水位上升，就有溺水的危險。進入潮灘前，請先查好潮位變化。發現有人動彈不得時，不要自己下去救，請撥打119。基本原則是不要靠近爛泥，也不要跳進水裡。在搆得到的範圍內，把能浮的東西（冰桶、寶特瓶、木板）丟給對方，然後等待救援。請不要認定自己一定能靠自力脫困。
總結
沙與水的混合物，重量約是人體的2倍。所以身體會在腰部附近浮起、停住，幾乎不會沉到頭頂。取而代之的是，壓緊的沙和吸住的力量，讓腳無法脫身。能不能得救，取決於的不是下沉的深度，而是能不能冷靜、花時間慢慢來。
不會沉下去，但拔不出來。
所以不要急，而是讓水繞進來。
顆粒與水的關係讓地面突然改變，這種現象在遭遇強烈搖晃時也會發生。再讀讀土壤液化，為什麼地面會變得像「水」一樣？和沙乾的時候會崩塌，弄濕後為什麼卻會變硬？，就能看出決定沙「變硬／變鬆」的條件。
- 準備2個相同的杯子，一個只裝水，另一個先裝八分滿的沙再倒水。用手拿起來比較，就能明顯感覺到裝沙的比較重。
- 把手指慢慢插進沙杯，再慢慢抽出。接著從同樣的深度快速抽出來。快的那一次應該會覺得比較重。
- 把太白粉和等量的水揉成糊，也把手指放進去，改變速度試試看。和流沙相反，動得越快越硬。
請不要在戶外的爛泥裡嘗試。在廚房的杯子裡就足以確認了。
想知道更多的人 ― 用語・算式・與教科書的關聯從國中理化到大學專業課程，明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「基礎物理」學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄的內容
- 大學高中沒教、大學專業課程（地盤工程學、流變學）的內容
- 研究連大學也不會當成「定論」來教，研究者目前還在探究的內容
國中用語：這個現象有名字
- 浮力：液體或氣體中的物體，受到與其推開的量等重的向上推力。決定下沉深度的就是這股力。
- 孔隙水壓：沙粒縫隙中的水所具有的壓力。這個壓力高時，顆粒之間互相擠壓的力就會變弱。
- 剪增稠（膨脹性）：顆粒與水的混合物，會依動作快慢改變硬度的性質。太白粉水就是代表例子。
國中高中用算式確認：身體會沉到哪裡
主題是「會沉到哪裡」。因此我們直接用浮力的算式，算出下沉的深度。
| 用符號寫 | V沉 ÷ V ＝ ρ體 ÷ ρ沙 |
| 用文字寫 | 沉入的體積 ÷ 身體整體的體積 ＝ 身體的密度 ÷ 流沙的密度 |
| 這個式子從哪裡來 | 浮力（被推開的流沙的重量）與體重的平衡。就是阿基米德原理本身。 |
| V沉 | 進入液體的部分的體積（立方公尺） |
| V | 身體整體的體積（立方公尺） |
| ρ體 | 身體的密度（每立方公尺的公斤數） |
| ρ沙 | 沙與水混合物的密度（同單位） |
| 沙粒本身的密度 | 每立方公尺 約2650公斤 |
| 水的密度 | 每立方公尺 1000公斤 |
| 鬆鬆堆積的沙的縫隙比例 | 大約 0.4（其餘 0.6 是沙粒） |
| 人體的密度 | 每立方公尺 約1000公斤（肺裡有空氣時稍輕） |
| 身高 | 170公分 |
| 沙粒部分的重量 | 2650 × 0.6 ＝ 1590 |
| 縫隙中水的重量 | 1000 × 0.4 ＝ 400 |
| 1立方公尺流沙的重量 | 1590 ＋ 400 ＝ 1990 |
| 下沉的體積比例 | 1000 ÷ 1990 ≒ 0.50 |
| 以身高估算的深度 | 170 × 0.50 ＝ 85 |
從下往上85公分，也就是腰部附近。因為腿比軀幹細，實際的液面有時會再高一些。無論如何，都算不出會沉到頭頂的答案。
| 大氣壓力 | 約101000帕斯卡（當作已知事實使用） |
| 腳底的面積 | 約0.02平方公尺 |
| 吸力的上限 | 101000 × 0.02 ＝ 2020 |
| 換成重量 | 2020 ÷ 9.8 ≒ 206 |
單位是牛頓，換成重量約相當於206公斤。這是上限的估算，但可以知道，單腳拔出的力量是遠遠不夠的。所以「拔得越快」越不利。不要急，讓水繞進來，消除壓力差，才是重點。
高中高中＋支撐沙的，是顆粒之間的互相擠壓
高中沙堆能不崩塌地立著，是因為顆粒之間互相擠壓而產生摩擦。縫隙中的水壓高時，這種擠壓會變弱，摩擦也跟著變小。
高中＋這個「顆粒實際上互相擠壓的力」稱為有效應力。依太沙基（Terzaghi）的有效應力原理，整體應力減去孔隙水壓，就是有效應力。在底下有水湧出的沙地，孔隙水壓很高，有效應力趨近於零。這就是流沙的真面目，和強烈搖晃造成的土壤液化用同樣的觀念來說明。
大學當作硬度會隨時間改變的物質來處理
流沙的硬度，會依施力的快慢而改變。這類物質的表現由流變學這個領域處理，用具有降伏應力的賓漢流體（Bingham fluid）等模型來表示。流沙只要一點力就會一口氣鬆開（剪切造成的液化），但之後顆粒下沉、緊密堆積，阻力就急遽增加。2005年的測量報告指出，拔出腳所需的力，可能達到舉起一輛汽車的程度。這和面對快速變形會變硬的剪增稠，方向正好相反。
📖 算式的推導與更進一步的內容：阿基米德原理（維基百科） ／ 剪增稠（維基百科）
研究還不清楚的事
- 崩潰的臨界點在哪裡。 要多大的力，鬆散的堆積才會一口氣被破壞？這會因顆粒的形狀和大小的不均而改變，目前還很難針對每個現場預測。
- 混入黏土會怎樣。 潮灘的泥含有細小的黏土，顆粒之間會互相黏著。這種黏著會讓脫身變得多困難，不同的測量方式得到不同的結果。
- 能不能事先辨認危險的地方。 外表和周圍沒有差別，所以有人在研究如何從地表找出地下微弱的湧水。
也就是說，這篇文章的內容，同樣是「就目前所知範圍內的說明」。數值都是以典型的沙為前提的概略值，會依現場沙或泥的性質而改變。
與教科書的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・力與壓力／密度 | 停在腰部的理由、浮力的說明 |
| 高中 | 基礎物理・力的平衡與浮力 | 「用算式確認」的⓪與② |
| 高中＋ | 物理・壓力／基礎地球科學・地盤 | 有效應力與孔隙水壓的小節 |
| 大學 | 地盤工程學・流變學 | 賓漢流體、剪切造成的液化 |
| 研究 | 粉體物理・海岸地形學 | 崩潰的臨界點、黏土的影響 |
| ― | 與生活的關聯 | 在潮灘或河口的行動、確認潮位 |
- A. Khaldoun 等人「Liquefaction of quicksand under stress」Nature 第437卷第635頁（2005年）
- 阿基米德原理 (アルキメデスの原理)（維基百科日文版）
- 石原研而『土質力学』(《土質力學》) 丸善出版 (Maruzen Publishing) ― 有效應力與孔隙水壓、沙的液化章節
- 海上保安庁 (日本海上保安廳)「海上保安レポート」(《海上保安報告》) ― 潮灘、淺灘的事故案例與注意事項
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中所列數值是為了理解原理的參考值與概算，並不表示特定的地點或情況是安全的。進入爛泥或潮灘時，或是遇到意外時，請遵從消防、海上保安廳（日本的海巡機關）、地方政府等單位的指示。