Nog lichter dan licht

Half juli vorig jaar had ik het hier over aerografiet, een superlicht materiaal, 6 keer lichter dan lucht, met een dichtheid van 200 g/m³. Welnu dat lichtheidsrecord is alweer gebroken.

Het nieuwe super-superlicht materiaal heeft een dichtheid van slechts 160 g/m³.
Nog lichter dus.
Daardoor is het lichter dan heliumgas en slechts 2 keer zo zwaar als waterstofgas, het allerlichtste gas.

En weerom is het een materiaal op basis van grafeen, het geleidend materiaal dat bestaat uit een ééndimensionale laag koolstofatomen gerangschikt in een zesringpatroon:

Met dergelijke grafeenlagen en tot buisjes opgerolde grafeen nanocilinders, werd door een team onder leiding van prof. Gao Chao van de Chinese Zhejang universiteit, een uiterste lichte, poreuze, sponsachtige, driedimensionale structuur opgebouwd.
Men noemt zo’n structuur een aerogel.
Hun vinding werd onlangs gepubliceerd in Nature.
De gebruikte synthesemethode laat toe om het materiaal in allerlei vormen te gieten en in allerlei dikten.

Het materiaal is niet alleen licht, maar ook super-elastisch waardoor het na samendrukken steeds terug zijn oude vorm aanneemt.
Daarenboven kan het bijvoorbeeld zeer snel tot 900 keer zijn eigen gewicht aan olie absorberen.
1 gram van het materiaal kan per seconde 68,8 gram olie opslorpen. Het gebruik bij opruimen van olievervuiling op zee ligt dan ook voor de hand.
Door de elasticiteit zouden zowel het sponsachtig materiaal als de olie recupereerbaar zijn.

En er zijn nog andere toepassingen mogelijk.
Zo heeft NASA b.v. in zijn Stardust-programma een (weliswaar wat zwaarder) aerogel gebruikt om ruimtestof uit de staart van de komeet Wild 2 te vangen!

Over toepassingen van grafeen is bijlange na het laatste woord nog niet gezegd.

Over bloemetjes, bijtjes en hun elektrische veldjes

Men had het tot voor kort nooit gedacht, maar tussen de bloemetjes en de bijtjes hangt er blijkbaar elektriciteit in de lucht!
Dat bloemen de bijtjes nodig hebben voor de bestuiving en dat de bijtjes voor dat goede werk nectar mogen puren is al lang gekend.
Men dacht dat het de vorm, de kleur en de geur van de bloemen waren waardoor de bijtjes gelokt werden.
Maar een recente studie van Britse biologen onder leiding van Daniel Robert heeft aangetoond dat er meer aan de hand is.

Bloemen en bijen wisselen blijkbaar bij die samenwerking ook informatie uit via de elektrische velden waarmee ze omringd zijn.
Bloemen zijn via de plantenwortels geaard en daardoor dragen de bloemdelen een negatieve lading.
Bijen vliegen door de lucht en worden door de wrijving met die lucht positief geladen.

Elektrische ladingen oefenen op andere ladingen krachten uit.
Het gebied van de ruimte waarin een lading zo’n krachtwerking kan veroorzaken noemt men het elektrisch veld.
Hoe verder af van de lading, hoe zwakker uiteraard dat elektrisch veld.
Als een voorwerp elektrisch geladen is, zal de ruimtelijke vorm van het elektrisch veld dat errond aanwezig is, afhangen van de vorm van dat geladen voorwerp.
Bij een geladen bol bijvoorbeeld is het elektrisch veld errond ook bolvormig:

Nu terug naar onze bloemetjes en bijtjes.
Omwille van hun lading zijn ze dus ook omgeven door elektrische velden.
Maar de vorm van die elektrisch velden rond een bloem en een bij zal afhangen van de vorm van die bloem en de bij.
Hieronder heb ik die velden voor de eenvoud bolvormig voorgesteld, maar in de werkelijkheid nemen ze grillige ruimtelijke vormen aan:

En nu komt het: uit de studie blijkt dat bijen de elektrische velden rond bloemen kunnen detecteren!
En als ze een bloem bezoeken, brengen ze een deel van hun positieve lading op de bloem over.
Daardoor verandert het elektrisch veld rond de bloem.
En die verandering is voor de bijen een signaal dat die bloem voor hen minder interessant is, want ze is al bezocht. De nectar is al geoogst.
Vanwege de bloem is het signaal van zijn elektrisch veld een signaal dat duidelijk maakt of ze nog bestuiving nodig heeft of niet. En dit elektrisch signaal is sneller dan de veel tragere verandering van kleur, vorm en geur.
Tussen de bloemetjes en de bijtjes is de elektrische spanning dus letterlijk te voelen…

En weet je het nog van dat ventje dat “bedekte voorlichting” kreeg via het verhaal van de bloemetjes en de bijtjes en dat tegen zijn vriendje zei: “Ge weet hoe het bij de bloemen en de bijen gaat? Wel bij de mensen is het juist hetzelfde!”.
Zouden onze elektrische velden ook een rol spelen?

Labiel evenwicht?

Ik veronderstel dat je dit ooit ook wel geprobeerd hebt: een borstelsteel balanceren op je vinger:

Dit is een geval van labiel evenwicht: je moet er alles aan doen om het zwaartepunt Z verticaal boven het steunpunt S te houden. Lukt dit niet dan veroorzaakt het krachtenkoppel (G,F) een draaiing die de steel naar beneden doet tuimelen.
Maar met een beetje oefening en voortdurend bijsturen lukt dat wel.
En dat geeft een fijn gevoel.
Ik herinner me nog goed hoe ik als kleine jongen dat kunstje aan mijn moederke toonde.
En hoe ze dan telkens zei: “Jaja manneke, maar pas maar op maar dat dienen borstel nergens tegen valt”.
Mijn moederke had niet zoveel vertrouwen in de wetten van de fysica en in mijn kunnen…

Dit gemijmer over mijn Merelbeke, anno de vijftigerjaren, kwam spontaan bij mij naar boven toen ik een paar dagen geleden op internet een demonstratie zag van dit labiel evenwicht (en nog veel straffere toeren!) uitgevoerd door een stel robotvliegtuigjes.
Wie die zogenaamde mini quadrocopters (kleine helikopters met 4 schroeven) aan het werk ziet, zou nooit geloven dat we hier met een labiel evenwicht te maken hebben. Alles ziet er ongelooflijk stabiel uit.
Bedenk evenwel dat het hier om een zeer knap staaltje technologie en programmeerkunde gaat, gerealiseerd door studenten van de Eidgenössische Technische Hochschule (EHT) Zürich.
Wie daar meer wil over weten kan een kijkje nemen op hun website Robohub.

Mijn moederke moest dat maar eens gezien hebben…

Hightech bij de kapper

Een paar dagen geleden zat ik bij mijn kapper Jan in de stoel.
Om 7u. 's morgens al. Da's vroeg, maar dat ben ik zo gewoon.
Voordeel van dat ontiegelijk vroege uur: het is dan nog niet druk en er is nog tijd voor een goede babbel.
Dat was dit keer niet anders.
Maar dit keer ging het niet over het weer of over de politiek of over de voetbal.
Dit keer hadden we het over zijn spiksplinternieuw haardroogmateriaal.

Het was mij al onmiddellijk opgevallen dat het ding waarmee hij warme lucht door mijn grijze haren blies voorzien was van een helder blauw LED-lichtje.
Mijn nieuwsgierigheid was gewekt en Jan vertelde mij dat het om een nieuw type “ionische haardroger” ging die het haar sneller droogt en die de statische lading van het haar wegneemt.
Hij toonde mij onmiddellijk ook zijn set keramische föhnborstels die ook een belangrijke rol spelen bij het in vorm leggen van vrouwen- en mannenlokken.

Ik zat versteld: al die hightech had ik bij de kapper niet verwacht
Neem nu die ionische haardroger, wat doet dat ding eigenlijk?
Een kleine zoektocht op het internet gaf snel meer duidelijkheid.
En het deed me zelfs mijmeren over mijn tijd als fysicaleraar.

Haar kan nogal gemakkelijk statisch geladen worden, zeker in droge warme lucht.
Ik herinner mij hoe ik indertijd met een gewreven plastic buis het haar van mijn leerlingen kon doen rechtop staan.
Vooral bij meisjes met van dat dun engelenhaar lukte dat goed.
Ook het kammen en brushen van je haar kan tot die statische lading aanleiding geven. Misschien heb je dat zelf al ervaren als je op een droge koude winterdag een kam of een borstel door je haar haalt.
Het is gemakkelijk te testen dat het statisch geladen haar een positieve lading heeft

En nu komt de ionische haardroger op de proppen.
Wanneer een hete luchtstroom door het haar gaat en het wordt daarenboven geborsteld (“gebrusht”) dan zal het gemakkelijk positief geladen worden.
Gevolg: door de onderlinge afstoting van de haartjes zijn die moeilijker in de juiste plooi te leggen.
De oplossing: een stroom van negatieve ionen op het haar loslaten om het te ontladen.
En dat is wat er gebeurt als kapper Jan op het knopje duwt en het blauwe LEDje brandt: er worden binnen in de föhn negatieve ionen geproduceerd door een elektrische ontlading.

En de keramische borstel dan?
Wel het keramisch materiaal is een goede warmtegeleider. Daardoor wordt de hete lucht van de föhn over een grote oppervlakte verspreid. Bijgevolg wordt het haar plaatselijk niet oververhit en droogt het sneller over een groter gebied.

Hightech, fysica en chemie bij de kapper.
Waar is de tijd van de oude tondeuse van mijn kinderjaren?
Ik voel ze nu nog in mijn nek bijten...

Brengt Tech21 redding bij de val?

Maarten (van ons Leen) is er een beetje het hart van in.
Een paar dagen geleden heeft zijn smartphone het begeven. Een val op een harde ondergrond en het aanraakscherm is gebarsten. En dan werkt zo’n ding niet meer.
Smartphone fabrikanten (Apple, Samsung,…) zijn daar misschien niet rauwig om, want wie zo’n speeltje éénmaal gewoon geworden is kan nog moeilijk zonder.
Maar anderzijds wordt toch druk gezocht naar een efficiënt omhulsel dat zo’n duur ding afdoend beschermt tegen moeilijk te vermijden valpartijen, maar terzelfdertijd het vlot gebruik niet hindert.
Misschien brengt Tech21-Impactology de redding.

Tech21-Impactology gebruikt daarvoor de niet-Newtoniaanse vloeistof D3O.
Wat een niet-Newtoniaanse vloeistof is kan je nalezen in mijn blogberichtje van lang geleden.
Het komt er op neer dat de stroperigheid van die vloeistoffen verandert als men er krachten op uitoefent.
D3O heeft die eigenschappen ook.
Het is een rubberige, nog enigszins vloeibare massa, die uit lange ketenmoleculen bestaat die nog over elkaar heen rollen.
Maar als je er krachten op uitoefent verstrengelen de moleculen tot een netwerk dat een vaste massa vormt die de krachtstoot absorbeert.
Dit bijzondere gedrag wordt in het filmpje hieronder duidelijk.
Maar het filmpje laat ook zien hoe Tech21-Impactology erin geslaagd is om van D3O geschikte beschermende omhulsels te maken voor smartphones en tablets.

Voor Maarten en alle andere smartphone-breukelingen komt dit natuurlijk te laat.
Het kalf is al verdronken.
Maar met Tech21 ziet de toekomst er stralend uit.
En die beschermdoosjes zijn zelfs al in België te verkrijgen!

Over gitaren, horloges, computers en wonderbare kristallen

Toen we een paar weken geleden op kerstavond in familiekring samenzaten haalde schoonbroer Guido op een zeker moment zijn gitaar boven.
En om dat ding te stemmen klemde hij er bovenaan een klein toestelletje op, waarmee hij onmiddellijk de toon (frequentie) van de aangeslagen snaar kon aflezen.
Hij kon dus gemakkelijk de snaarspanningen bijregelen tot alle snaren de juiste toon weergaven.

Een prachtig stukje technologie zo’n gitaarstemmer.
Ik wilde dan ook meteen weten hoe zo’n ding werkt.

Aan de basis van de werking ligt het wonderlijke piëzo-elektrisch effect.
Dit is een duur woord voor een merkwaardige eigenschap die al 1880 door de gebroeders Jacques en Pierre Curie (de man van Marie Curie) ontdekt werd.
Ze stelden vast dat als je bepaalde kristalsoorten (kwartskristallen bijvoorbeeld) vervormt (samendrukt of uitrekt), er tussen de uiteinden van zo’n kristal een elektrische spanning ontstaat.
Als je ze zo'n kristal dus aan een trilling (= snel opeenvolgende samendrukkingen en uitrekkingen) onderwerpt, zal er tussen de uiteinden een wisselspanning ontstaan.
In onderstaande simulatie is dat te zien:

Je kan je wel voorstellen dat de frequentie van die wisselspanning evenredig is met de frequentie van de trilling van het kristal.
Als men dus via een stukje elektronica de frequentie van die wisselspanning kan meten kent men de frequentie waarmee het kristal trilt.
En dat is het nu wat precies in zo'n gitaar-tunertje gebeurt: de trilling van de snaren wordt via het hout doorgegeven aan het kristal in het toestelletje en de elektronica meet de frequentie van de wisselspanning en toont ze op een klein schermpje!

Maar dat piëzo-elektrisch effect is ook omkeerbaar!
Als je een wisselspanning aanlegt tussen de uiteinden van een kwartskristal (of een ander kristal dat het verschijnsel ook vertoont) dan begint dat kristal te trillen met een bepaalde frequentie!
En daar maakt men bijvoorbeeld gebruik van bij de zogenaamde kwartshorloges.

Via de batterij en een elektronische schakeling die voor een wisselspanning zorgt, wordt het mini-stemvorkje in het horloge aan het trillen gebracht met een trillingsfrequentie van 32.768 Hertz (Hz).
Dit kan op het eerste zicht een rare frequentie lijken, maar ze is heel spitsvondig gekozen.
32.768 Hz komt immers overeen met 2¹⁵ Hz en zo’n macht van 2 is via een reeks van 15 elektronische tweedelers gemakkelijk te delen tot 1 Hz.
En 1 Hz is 1 trilling per seconde en dat is wat we nodig hebben voor een klok die de seconde tikt…

Maar het nut van het piëzo-elektrisch effect blijft niet beperkt tot gitaarstemmers en kwartshorloges.
Piëzo-elektrische kristallen zorgen ook voor de klokfrequentie waarmee de processoren in onze computers, tablets en smartphones hun bewerkingen uitvoeren.
En dat hebben we dus allemaal te danken aan de gebroeders Curie.
Alhoewel die zelf in 1880 nooit konden voorzien tot wat een revolutie hun ontdekking zou leiden.

Aerografiet: lichter dan lucht en nog veel meer

De zoektocht naar nieuwe materialen houdt niet op.
Twee Duitse onderzoekers van de Technischen Universität Hamburg, prof. Karl Schulte en Matthias Mecklenburg, hebben onlangs een superlicht materiaal gesynthetiseerd.
De ontdekking is gepubliceerd in een recent nummer van Advanced Materials.

Het materiaal is 6 keer lichter dan lucht.
Lucht heeft een dichtheid van 1290g/m³.
Het nieuwe materiaal, Aerografiet, heeft een dichtheid van 200g/m³.
Dat wil zeggen dat een kubusje met 1cm zijde van dit materiaal, slechts twee tienduizendsten van een gram weegt = 0,0002 gram!
Maar het belangrijkste is dat die nieuwe stof, een stabiele vaste stof is, met zeer interessante eigenschappen zoals verder zal blijken.

De naam Aerografiet verraadt het al een beetje: het materiaal is enigszins verwant aan grafiet.
Het bestaat namelijk uit een zeer open driedimensionaal netwerk van koolstofnanobuisjes.
En kooslstofnanobuisjes zijn eigenlijk niets anders dan opgerolde laagjes grafiet.

Zoals je in het filmpje hieronder kan zien is het materiaal sponzig. Het bestaat immers voor 99,9% uit lucht, waardoor het zeer samendrukbaar is. Maar het komt na samendrukken steeds in zijn oorspronkelijke vorm terug. Het is dus vormvast.
En zeer belangrijk: het is elektrisch geleidend.
Het zal met andere woorden kunnen gebruikt worden in batterijen en supercondensatoren.
Batterijen zullen daardoor sterk in gewicht kunnen verminderen.
Bij batterijen met een behoorlijke capaciteit is het hoge gewicht tot nu toe een van de belangrijkste nadelen.
In een laptop, tablet, smartphone,… van vandaag wordt het gewicht van het toestel bepaalt door het gewicht van de batterij.
Maar ook andere toepassingen van dit stabiel, superlicht, sterk samendrukbaar maar vormvast materiaal liggen voor het grijpen: luchtvaart, ruimtevaart, schokdempers enz.

Hieronder kan je met Aerografiet kennen maken.
Je ziet hoe brokjes van het materiaal dansen in het elektrostatisch veld van een gewreven plastic staaf:

Over de blauwe witte waterlelies van Monet

Onlangs was ik op mijn iPad aan het spelen was met “Color uncovered”, een app  van Exploratorium over kleuren en hoe we die (fout of correct) waarnemen.
En toen stootte ik op een zeer merkwaardig verhaal.
Het ging over de beroemde Franse impressionist Claude Monet.
Dat bijzonder verhaal wil ik jullie hier navertellen.

Monet is 86 jaar oud geworden.
In 1893 liet hij in Giverny een huis bouwen, en hij liet er een zeer uitgebreide bloementuin met vijver aanleggen. Hij heeft zijn tuin, zijn bloemen en zijn vijver in talloze schilderijen vereeuwigd.

Vooral de laatste periode van zijn leven, van 1910 tot hij stierf in 1926, vormde de tuin en vooral de vijver een belangrijke inspiratiebron.
Maar toen hij ouder werd kreeg hij meer en meer last van cataract. Zijn troebele ooglenzen werden meer en meer een hinderpaal voor zijn schilderwerk.
Toen hij 82 was liet hij de lens van zijn linker oog volledig verwijderen. Waar zijn linker ooglens zat was er dus gewoon een opening in het hoornvlies. Zijn rechteroog bleef troebel.
En die bijzondere situatie had een onverwacht gevolg voor zijn schilderkunst.

Het menselijk oog kan het zichtbare gedeelte van het elektromagnetisch spectrum waarnemen.
Zoals je op het schema hieronder ziet is dit maar een klein deel van het geheel aan bestaande elektromagnetische stralen:

Eigenlijk is ons netvlies in beperkte mate ook gevoelig voor ultraviolette stralen (UV) in het gebied dicht bij violette stralen van het zichtbaar licht.
Maar onze ooglens houdt die UV-stralen tegen!
Als onze ooglens weg is ontvangt het netvlies dus ook UV-licht waar het op reageert.
Dit was dus bij Monet het geval. Met als gevolg dat hij wit licht zag als de som van kleuren van het zichtbaar gebied plus nog een stukje uit het nabije UV-licht. Hij zag daardoor wit licht niet wit, maar als een blauwe tint.
En de witte waterlelies op zijn vijver waren voor hem in zijn late jaren niet wit, maar licht blauw.
Hij schilderde ze dan ook zo!

Of hoe een beetje fysica het geheim van Monet’s blauwe witte waterlelies kan verklaren…

Op naar de schrikkelseconde

Een paar dagen geleden hebben een 29ste februari beleefd, een schrikkeldag.
Je weet zonder twijfel dat zo’n schrikkeldag om de 4 jaar moet ingevoerd worden omdat onze aarde zich niet netjes aan het “jaarregeltje” houdt: ze doet er geen 365 dagen over om een toertje rond de zon te draaien, maar 365,2421875 dagen.
Let op: dat is de huidige waarde.

En om die afwijking van de vooropgestelde jaartijd van 365 dagen te compenseren, lassen we om de vier jaar (beter: ieder jaartal dat deelbaar is door 4) een extra dag in. Maar eeuwjaren die deelbaar zijn door 100 zijn geen schrikkeljaren, tenzij ze deelbaar zijn door 400.
Je ziet dat er nogal gerekend en geteld moet worden het verschil weg te werken.
En dan moeten we nog bedenken dat de omlooptijd van de aarde rond de zon ook niet constant blijft.
We zullen dus goede boekhouders moeten blijven hebben om de jaarrekening kloppend te houden…

Maar dit is nog niet alles.
Ook de daglengte is niet constant. Onder andere door de getijdenwerking doet onze aarde er van langsom langer over om rond haar eigen as te draaien.
Net zoals de vooropgestelde jaarlengte 365 dagen is, is de vooropgestelde daglengte 24 uren of (24 x 60 x 60) seconden = 86.400 seconden.
Maar dat klopt niet meer.
Door metingen met uiterst precieze atoomklokken van de aardrotatietijd t.o.v. astronomische objecten is vastgesteld dat de daglengte per dag gemiddeld 0,002 seconden langer duurt dan 86.400 seconden.
Na twee dagen is de rotatietijd dus 86.400,004 seconden, na drie dagen 86.400,006 seconden enz.
Na 500 dagen (ongeveer anderhalf jaar) loopt het verschil met de vooropgestelde daglengte van 86.400 seconden op tot 1 seconde. Op dat moment moet er 1 seconde extra aan de gecoördineerde wereldtijd (UTC) worden toegevoegd.

Bron beeld: kc7eph – Flickr

Op 30 juni van dit jaar is het weer tijd om ons 1 seconde te doen schrikkelen.
Hou je dus klaar.
Want dan zijn we allemaal automatisch officieel 1 seconde ouder, ondanks het feit dat we geen seconde langer geleefd hebben!
Maar ach na bijna 67 jaren in dit leven maak ik mij daar maar weinig zorgen over.
Jullie toch ook niet?

Een zilveren ei

Gisterenavond hebben we hier te maken gehad met een langdurige stroompanne.
Een stuk van de Romershovense Dries moest het meer dan 4 uur lang zonder elektriciteit stellen.
Op zo’n momenten voel je het langs alle kanten: "alles gaat elektrisch bij ons thuis”.
Geen licht, geen centrale verwarming, geen koffiezet, geen TV, geen internet, geen vaste telefoon, geen…
We hebben dus maar van de nood een deugd gemaakt: gezellig houtvuur en romantisch kaarslicht.
Minder romantisch maar toch goed om de honger te stillen: broodjes met een paar hard gekookte eieren die nog voorradig waren en cola in plaats van warme koffie. Geen koningsmaal weliswaar, maar we hebben er toch van genoten.

En die eieren en de brandende kaarsen brachten mij op het idee om samen met Mia nog eens een experimentje te doen.
Vooraleer jullie in de verkeerde richting gaan denken: ik heb het hier over een... fysica-experimentje dat ik indertijd mijn leerlingen ook meermaals heb laten doen: het zilveren ei.

Hoe gaat dat?
Eenvoudig, maar let toch op dat je je vingers niet verbrandt!
Hou een ei (al dan niet gekookt) in een roetende kaarsvlam en zorg er voor dat het overal goed zwart geroet is.
Roet is een vorm van koolstof die alle opvallend licht absorbeert. Er wordt dus geen licht weerkaatst en daardoor zien we het ei zwart.
Leg het zwarte ei nu voorzichtig in een kom die zó gevuld met water dat het ei helemaal onder zit.
Je zal verstomd staan: het ei ziet er plots niet meer roetzwart maar zilverkleurig uit! Min of meer spiegelend zelfs. Een zilveren ei!

Hoe kan dat nu?
Daar is chemie en fysica mee gemoeid.
Het laagje roet, is een laagje koolstof. En dat is waterafstotend (hydrofoob). Daardoor vormt zich tussen de waterafstotende laag op het ei en het water, een dun laagje van de in het water opgeloste lucht.
Licht dat via het water naar het ei gaat wordt nu door dit dunne luchtlaagje teruggekaatst. Het licht komt dus niet tot bij de koolstof en wordt dus niet geabsorbeerd. We zien het teruggekaatste licht en dat zorgt voor de zilverige spiegeling.
Probeer het maar eens zelf.

Het grote voordeel van dit leuke proefje is dat je een belangrijk attribuut, het ei, nadien nog kan opeten. Dat kan niet van alle experimenten gezegd worden.
En de moraal: zorg er voor dat je steeds kaarsen en eieren in huis heb voor het geval de stroom uitvalt…

Reuze LEDs op komst. Binnen “afzienbare” tijd.

LEDs (light emitting diodes – licht producerende diodes) staan de laatste tijd volop in belangstelling: LED-lampen verdringen meer en meer de TL-spaarlampen, compacte LED-zaklampen en LED-fietslampen zijn al bij “den Aldi” te koop, LED-TV’s vervangen zo hier en daar al LCD- en Plasma-TV’s enz.

Het opvallend geringere energieverbruik en de geringe warmteverliezen zijn belangrijke redenen om voor LED-licht te kiezen.
Maar de huidige LED’s zijn klein en duur en dat zijn negatieve factoren die de doorbraak vertragen.
Maar daar komt binnen “een paar jaar” wellicht verandering in.

Een paar dagen geleden (9 oktober) meldden wetenschappers van de Zuid-Koreaanse elektronica-gigant Samsung in Nature Photonics  dat ze er in geslaagd zijn om zeer grote LEDs te produceren op basis van een goedkoop glassubstraat.
Het werkzame bestanddeel in LEDs is galliumnitride (GaN), een halfgeleider.

Tot nu toe moest er steeds duur saffierglas gebruikt worden om er kristallen van het halfgeleidermateriaal te laten op groeien. Omdat de stukjes saffierglas beperkt zijn in afmeting, konden ook de LEDs niet groot worden. De grootste LEDs hadden een afmeting van een vijftal centimeter.
De onderzoekers van Samsung slaagden er met de nieuwe technologie LEDs te maken die tot 400 keer zo groot zijn, terwijl de kostprijs van de productie aanzienlijk veel lager is. En ook de helderheid zit goed: tot 600 Cd/m² waar er nu slechts 400 à 450 Cd/m² bereikt wordt.

Samsung wil de nieuwe reuze-LEDs gebruiken in verlichtingsinstallatie en in zeer grote schermen. Ramen in winkelruimte zouden dan b.v. als verlichtingsbron en als supergroot display kunnen gebruikt worden.
Maar dat zal wel nog even duren.
Samsung denkt nog een 10-tal jaar nodig te hebben om tot een commerciële productie te kunnen komen.
Binnen 10 jaar ben ik er 76, zou ik dan nog over LEDs bloggen?
Zou ik dan nog bloggen?

Strike !

Ik ben wel geen bowlingspecialist, maar ik weet wel dat je een strike hebt wanneer je met je bowlingbal bij de eerste worp alle 10 de kegels omgooit.

Blijkbaar zijn bepaalde poezen daar ook toe in staat. 
Het gaat dan wel om een variant van het bowlingspel. En van de strike.
Bekijk onderstaand filmpje maar eens, dan zal je begrijpen wat ik bedoel.

En als wetenschapper voel ik me verplicht er aan toe te voegen dat hier ook nogal wat (poezen)fysica in het spel is: een laser als lokspijs, een wrijvingsarme parketvloer en bovenal de wet van de traagheid: wat in beweging is, wil in beweging blijven.
Dat heeft die poes goed onthouden.
Mijn (zon)dag is bijgevolg weer goed.
Die van jullie ook hoop ik.

Poezenfysica !

Schitterende slingerdans

Een beetje fysica vandaag. Het is immers al lang geleden.
En wees gerust, het wordt geen hoogdravend wiskundig gedoe.
Integendeel, het wordt ludieke en zelfs mooie fysica.
Waarover gaat het?
Over de slinger.
Je weet wel: een massa opgehangen aan een touw. 

De Nederlandse fysicus Christiaan Huyghens toonde al in de 17de eeuw aan dat de slingertijd T (de tijd voor één volledige slingering) afhangt van de lengte van de slinger en ook van de valversnelling g ter plaatse.
In onze contreien heeft g een waarde = 9,81 m/s²
De formule voor T zie je hierboven.
Merkwaardig aan deze formule is dat de slingertijd niet afhangt van de uitwijking α! Dat klopt zolang α niet te groot wordt.

Door de slingerlengte aan te passen kan je dus de slingertijd veranderen. Voor een slingertijd van 1 seconde moet een slinger in onze regio een lengte hebben = T².g / 4π²=1s².9,81m/s² / 39,48 = 0,248 m.
Met die kennis kan men dus uurwerken, slingerklokken of pendules maken. We kennen ze wel die grootvaders-klokken.


Slingers met verschillende lengten hebben dus verschillende slingertijden.
Fysici van de Harvard University hebben zich nu geamuseerd om 15 slingertjes met verschillende lengte apart en los van mekaar op te hangen.
De langste voert 51 slingeringen uit in 60 seconden.
Alle daaropvolgende slingertjes voeren telkens 1 slingering meer uit in die 60 seconden. De kortste, de 15de, voert dus 65 slingeringen uit in 60 seconden.
Als men ze nu alle 15 gelijk laat starten, ontstaat er merkwaardige patroon, dat zich na een volledige cyclus, dus om de 60 seconden, herhaalt.
Ook na 30 seconden doet zich een speciale situatie voor: de helft van de slingertjes zitten samen in hun maximale uitwijking links, de andere helft in hun maximale uitwijking rechts.
Een schitterende slingerdans vind ik dit.
Ik hoop dat jullie daar ook een beetje kunnen van genieten.

Fysica kan soms merkwaardig mooi zijn.

Niet nat te krijgen

Zuivere koolstof is een watervijandige stof.
Of om even geleerd te doen: koolstof is hydrofoob.
In onderstaand filmpje kan je zien hoe waterdruppeltjes zich gedragen wanneer ze losgelaten worden op een laagje superkleine koolstofbuisjes met een diameter op het nano-niveau (10^-9m).
De waterdruppels krijgen geen schijn van kans om het laagje te bevochtigen: ze worden gewoon afgestoten.
Koolstofnanobuisjes zijn zodanig sterk waterafstotend, dat men ze superhydrofoob noemt.

Superhydrofobe materialen worden op dit moment druk bestudeerd omdat er talrijke praktisch toepassingen mogelijk zijn.
Als ze zouden kunnen gebruikt worden als isolatiemateriaal van hoogspanningsleidingen b.v., dan zouden er geen waterdruppels aan de draden blijven aan hangen, waardoor de leidingen ‘s winters niet met ijslagen kunnen bedekt worden.
Ook als corrosiewerende lagen op brugpijlers, scheepsrompen, onderwater constructies,…) kunnen superhydrofobe materialen van zeer groot economisch belang worden: corrosie vernietigt jaarlijks voor enorme bedragen.
En brillenglazen bedekt met een nanolaagje superhydrofoob, zouden zelfreinigend kunnen zijn.
De toekomst van brillendragers zoals ik ziet er dus weer een beetje properder uit...

Superwaterafstotend

De aarde beeft permanent

De aardbeving van zaterdag in Chili was één van de zwaarste van de laatste periode.
Magnitude (=sterktewaarde) 8,8 op de schaal van Richter.
Dit is een waarde die inderdaad met “zeer zwaar” wordt omschreven.

De Richterschaal is een logaritmische schaal.
Een aardbeving met waarde 8 veroorzaakt op een seismometer dus een 10 maal grotere amplitude dan een beving met waarde 7.
De factor van de energie die bij een beving vrijkomt is te berekenen met:
 Dat betekent dat een verschil van 1 op de Richterschaal neerkomt op een verschil in vrijkomende energie (en dus potentieel verschil in verwoestende kracht) van 10^1,5 = 31,6.
Een verschil van 7 (Haïti) naar 8,8 (Chili) komt dus overeen met een potentiële toename in vernietigende kracht van 10^1,5.1,8 = 10^2,7 = 501.

Zware en zeer zware aardbevingen zijn gelukkig relatief zeldzaam.
Maar beven doet de aarde permanent.
Wil je daar een idee van krijgen, dan moet je maar eens op het beeld hieronder klikken.
In die Google Map krijg je per dag of per week de aanduiding van waar aardbevingen met magnitude groter dan 2,5 zich situeren.
Hoe intenser de beving, hoe dieper rood de cirkels op de kaart.
Zo krijg je ook een goed idee van de meest actieve- en dus grootste risicozones op onze aardbol.
Zo zie je duidelijk de superactieve “Pacific ring of fire” waar Chili toe behoort.



Je zal ook zien dat we er in onze Europese contreien (gelukkig) goed van af komen.

Windturbine in resonantie

Resonantie is een verdomd riskant natuurverschijnsel.
Je kent dat wel van bij je thuis wellicht.
Als de radio of TV aanstaan kan het gebeuren dat bij bepaalde tonen plots een paar glazen in de kast gaan meetrillen.
Of erger nog.
Als er zo één van die rijdende discobars op maximaal volume voorbij je deur passeert, daveren de ruiten "het melodietje" mee of voel je zelf de bassen trillen in je lijf.

Je kent wellicht ook de verhalen dat sommige zangers met hun stem een wijnglas kunnen stuk zingen.
Dit is geen eenvoudige klus, want je moet met de stem een toon produceren die precies de juiste toonhoogte heeft (de zogenaamde eigenfrequentie van het wijnglas) én die voldoende sterk is.
Met versterkt geluid is het in elk geval mogelijk, maar ook met een krachtige stem lukt het wel zoals je hieronder kan zien: met een toon van 556 Hertz en een geluidssterkte van 105 decibel kreeg de zanger in dit geval het glas kapot. Maar wie met zijn stem 105 decibel kan produceren heeft al een serieuze klok ter beschikking.

Je ziet dus dat resonantie een vernietigend effect kan hebben.
Over het wereldberoemd voorbeeld van de vernietiging van de Tacoma Narrows Bridge heb ik het in mijn bericht van 23 december 2008 al gehad.
Maar onlangs is er Hornslet in de buurt van het Deense Aarhus ook een windmolen aan ten onder gegaan.
Ook hernieuwbare energie is dus niet helemaal zonder gevaren. Zeker niet als zo'n molentje in je eigen tuin of in de tuin van je buurman zou staan...