Over Hollandse tranen die knapglaasjes zijn

“Hollandse tranen” zijn absoluut niet het gevolg van een triest verhaal.
En het zijn ook geen krokodillentranen.
Het zijn “knapglaasjes” of “Bataafse tranen” of “prins Ruperts druppels”
Maar wat zijn het dan eigenlijk?

Het zijn een soort traanvormige glasparels met een lange dunne staart en met bijzondere fysische eigenschappen ten gevolge van hun ontstaan: de kop van de traan is keihard, maar een kleine tik tegen de dunne staart volstaat om alles in duizenden stukjes te doen vergruizen.

Knapglaasjes ontstaan als je gesmolten glas in ijskoud water laat druppelen.
Nieuw zijn die dingen zeker niet, want ze werden al in 1661 gedemonstreerd door de merkwaardige “prince Rupert”, Ruprecht van de Palts, een soldaat en… uitvinder.
Vandaar dat ze ook “prins Ruperts druppels” genoemd worden.
En ook Christiaan Huygens had het erover in een brief aan zijn broer Constantijn Huygens jr. bij zijn zoektocht naar geschikt glas voor lenzen.
Dit schreef Christiaan in zijn  “Parels uit brieven 1655” onder nummer 245:

“Als je de jouwe (zijn telescoop – mijn nota) van 10 voet aan neef de Vogelaer geeft, zeg hem dan dat hij je in ruil daarvoor 2 of 3 van die glazen dingetjes verschaft die een zekere van Gerwe te Amsterdam maakt, die onbreekbaar zijn. Philip heeft ze gezien in den Haag, en laatst had ik er hier een, dat een heer uit Friesland me had gegeven in Tours, en dat ik met grote moeite heb gebroken en in duizend stukjes verbrijzeld. Ik zou heel blij zijn er weer een te hebben, en ik weet wel dat neef de genoemde van Gerwe in het bijzonder kent. In elk geval zijn ze voor geld te krijgen. . . . “

Om te begrijpen hoe die bijzondere glastranen zich gedragen is een klein beetje fysica nodig.
Als het gesmolten glas in ijskoud water valt, koelt de buitenrand van de gevormde traan zeer snel af en wordt vast.
Het binnenste van de traan is dan nog vloeibaar, maar gaat langzaamaan ook stollen en daardoor krimpen.
Door dat krimpen wordt op de harde buitenwand een sterke trekkracht naar binnen toe uitgeoefend.
Er ontstaat een hoge spanning in het glas.
Er is een deel van de warmte omgezet in potentiële energie.
Een kleine tik op de dunne staart produceert een schokgolf die zich in de hele parel verplaatst en die de opgehoopte potentiële energie in kinetische energie omzet: alles gaat in gruzelementen.

In onderstaand filmpje zie je dat goed geïllustreerd.
En bedenk dat die Hollandse tranen niet zomaar wat spielerei zijn: ze zijn de voorloper van het veiligheidsglas dat o.a. voor autoruiten gebruikt wordt en waarvan de werking op dezelfde fysica berust.

Als sterren fonkelend aan de hemel staan

Als we binnenkort nog eens een heldere avondlucht mogen beleven, zal je weer, zoals in dit oude liedje “sterren fonkelend aan de hemel” zien staan.
Met duizenden.
Maar waarom fonkelen sterren eigenlijk?
Waarom zien we die lichtpuntjes permanent twinkelen?

Een beetje eenvoudige fysica uit het middelbaar onderwijs kan ons helpen om dat te verklaren.

Hierboven zie je de oorzaak al: als een lichtstraal van een ijler midden naar een dichter midden overgaat treedt er een knik op in de weg die de lichtstraal volgt: men zegt dat het licht gebroken wordt.
De sterkte van de knik wordt bepaald door de dichtheid van het midden. Hoe groter het verschil in dichtheid, hoe sterker de knik.
Rondom onze aarde is een luchtlaag aanwezig, die het dichtst bij de aarde een grotere dichtheid heeft dan aan de rand van de atmosfeer.
Het licht van de sterren zal dus door de atmosfeerlagen gebroken worden.
Maar de dichtheid van de atmosfeerlagen is niet constant: ten gevolgen van voortdurende temperatuursveranderingen verandert de dichtheid permanent.
De brekingsrichting van het sterrenlicht zal dus ook permanent veranderen.
We zien dus dat sterrenlicht aanhoudend een beetje van richting veranderen.
En dat is twinkelen! Of fonkelen. Of flonkeren zoals Jo Leemans hierboven zingt…

Nog iets.
Sterren die we in de richting van de horizon zien (zoals ster B) fonkelen meer dan sterren die hoger aan de hemel staan (zoals ster A).
Want de weg van het licht van B door de fluctuerende atmosfeerlagen is langer dan die van het licht van A.
Bijgevolg zal de verandering van breking bij licht van B groter zijn dan bij licht van A.

Wil je ze bij een heldere sterrenhemel wil zien fonkelen? Dan weet je in welke richting je moet kijken.
Doen!

Nieuw didaktisch materiaal wiskunde: een 3D-printerke

Ik hoop dat jullie zich nog de wet van Archimedes herinneren: de opwaartse kracht die door een vloeistof uitgeoefend wordt op een ondergedompeld voorwerp is gelijk aan het gewicht van de vloeistof die door die onderdompeling verplaatst wordt.
Ik hoop ook dat jullie nog het verhaaltje kennen van de ontdekking van die wet: hoe Archimedes, in een vloeistof gezeten (hij zat in zijn bad in Syracuse), plots zag hoe het precies zat en in zijn blote flikker de straat oprende, terwijl hij “Eureka, Eureka” (“Ik heb het gevonden”) schreeuwde.
Gelukkig waren er toen in Syracuse nog geen GAS-boetes.
Toch niet voor naakte natuurkundigen die iets belangrijks ontdekt hadden…

Maar misschien kennen jullie Archimedes wel van iets heel anders.
Want hij had veel meer op zijn kerfstok dan dat ene wetje over lichamen in vloeistoffen.
Hij ontwierp wapens, een planetarium, een schroef waarmee vloeistoffen omhoog kunnen getransporteerd worden enz., enz.
En hij was ook een befaamd wiskundige.

Het is in het bijzonder over de wiskundige Archimedes dat ik het in dit blogberichtje wil hebben.
Eén van zijn wiskundige vondsten was het bewijs dat een bol, die precies in een cilinder past, 2/3 van het volume van die cilinder inneemt:

Met die kennis kan je gemakkelijk aan de formule voor het volume van een bol komen als je tenminste nog weet dat het volume van een cilinder = oppervlakte grondvlak x hoogte. Maar dat leer je al in de lagere school.
In het geval van de situatie van Archimedes is het volume van de cilinder = π.r².2r = 2π.r³
Waaruit af te leiden valt dat het volume van de bol = 2/3 van het volume van de cilinder = 4/3.π.r³
Maar dan moet je er wel zeker van zijn dat Archimedes gelijk had!
Het zou mooi zijn als je dat proefondervindelijk zou kunnen aantonen.

En daar hebben recent twee wiskundigen van Harvard University, Oliver Knill en Elizabeth Slavkovsky voor gezorgd met behulp van een ultramoderne technologie: een 3D-printer!
Met een 3D-printer maakten ze volgend voorwerp met de aangegeven afmetingen:

In de holle halve bol zit er onderaan aan afsluitbare opening.
Als je nu de bol tot aan de rand vult met water en hem dan laat leeglopen, dan zie je dat de cilinder precies tot aan de rand gevuld geraakt.
En dat bewijst natuurlijk dat Archimedes gelijk had: het volume van een bol is 2/3 van dat van de cilinder waar hij precies in past.

Knill en Slavkovky maakten met hun 3D-printer nog andere figuren die nog andere wiskundige theorema’s van Archimedes aantonen. Je vindt de tekst van hun studie integraal op internet: Thinking like Archimedes with a 3D-printer.

Proefondervindelijke wiskunde in het middelbaar onderwijs.
Ik zie het al gebeuren: de vakgroep wiskunde vraagt aan de directeur van de school een nieuw stukje didactisch materiaal: een 3D-printerke…

Lang leve het roest

Het vangen van zonne-energie met fotovoltaïsche cellen is, als we productieproces van de zonnecellen even buiten beschouwing laten, een ecologisch zuivere vorm van energie-omzetting: geen afvalstoffen, geen CO₂ uitstoot.
Maar ze werken enkel als er voldoende zonlicht is. ‘s Nachts slapen ze. Ze zijn ook nog altijd duur.
En daarenboven is het rendement van de energie-omzetting niet denderend: gewone zonnecellen kunnen nauwelijks 15 à 20% van de zonne-energie in elektrische energie omzetten..
En dat terwijl de zon dagelijks meer energie op onze aarde straalt dan we jaarlijks nodig hebben.

Uiteraard probeert men koortsachtig om efficiëntere zonne-energie-omzetters te vinden.
En zo is men onlangs terug terecht gekomen bij een ontdekking uit 1975.
Toen vonden de scheikundigen Kenneth Hardee en Allen Bard dat gewoon roest, ijzeroxide, Fe₂O₃, een zwakke elektrische stroom produceert als je het met daglicht bestraalt. Ze publiceerden hun vondst in 1976 in het Journal of The Electrochemical Society.
Maar net in die tijd stonden de halfgeleiders op basis van silicium volop in de belangstelling.
De "roestvondst" van Hardee en Bard verdween daardoor in het vergeethoekje.
Tot een paar geleden.

In de New Scientist las ik vorige vrijdag dat het roestonderzoek sinds kort weer volop op gang is gekomen.
Men is er al in geslaagd om met zonlicht en zeer dunne laagjes roest (orde nanometers = miljardsten van een meter), water om te zetten in waterstofgas en zuurstofgas.
En het gevormde waterstofgas wordt dan de nieuwe brandstof die bij verbranding weer water oplevert, maar ook energie.
Niet dat op dit moment het rendement zo denderend is (10%), maar roest is een supergoedkoop afvalproduct. En dat zorgt ervoor dat roest, zelfs met dat laag rendement, de tegenwoordige dure fotovoltaïsche cellen in economische efficiëntie grandioos klopt.

Er zal nog wel heel wat onderzoek- en ontwikkelingswerk nodig zijn vóór dit in een goed bruikbare vorm is gegoten. Maar het ziet er veelbelovend uit.
Wie weet: misschien beleven in de nabije toekomst wel een nieuw ijzertijdperk…

Bolt loopt echt als de bliksem

Iedereen zegt het en het was gisterenavond in de 4 x 100m nog te bewonderen: Usain Bolt is op dit moment de snelste mens ter wereld.
D.w.z.: hij kan over een korte afstand geweldig versnellen en dan een hoge gemiddelde snelheid bereiken.
Laat ons eens bekijken wat dit concreet inhoudt.

Nemen we zijn wereldrecord op de 100m gelopen om het W.K. Atletiek in Berlijn 2009.
Hij liep die 100m in 9,58s.
Dat is met een gemiddelde snelheid van 100m/9,58s = 10,44m/s = 37,58km/h!
Zo snel kan ik niet met de fiets, tenzij bergaf…

Maar het gaat hier om een gemiddelde snelheid vertrekkend uit stilstand.
Zijn topsnelheid moet dus nog een stuk hoger liggen.
Na wat zoekwerk op het internet vond ik op een site van de internationale atletiekfederatie (IAAF) een volledige analyse van die recordloop.
Uit die analyse toon ik hier de gegevens die mijn vraag naar Bolts topsnelheid in die recordren helpen beantwoorden.

1. de tabel met de splittijden (om de 20m)  van de eerste drie lopers:

2. een grafiek met de snelheden in km/h van die drie om de 20m:

3. Een filmpje van die fameuze 100m. Bolt's snelheid zie je in de linkerbovenhoek:

Bolt loopt inderdaad als de bliksem.
Na 80m haalde hij dus een topsnelheid van 44,72km/h!
44,72km/h, zo snel heb ik met de fiets nog nooit gereden. Zelfs niet bergaf!

De Fosbury Fysica

Vandaag komt gouden Tia in actie op de olympische spelen.
Bij de mannelijke hoogspringers zijn de prijzen intussen al uitgedeeld.
Laat ons hopen dat Tia het bleek Belgisch medailleblazoen in extremis nog een beetje kan doen opfleuren.
Maar het zal niet eenvoudig zijn. Want in deze bij uitstek technische discipline is een foutje snel gemaakt.

Hoogspringen is inderdaad een sport waarbij de technische uitvoering zeer belangrijk is.
Dat werd in Mexico 1968 duidelijk bewezen toen de Amerikaan Dick Fosbury met een “heel nieuwe” techniek op de proppen kwam en de gouden medaille won.
Maar zo nieuw was zijn techniek eigenlijk niet: zijn landgenoot Clinton Larson had hem in 1912 ook al toegepast. Maar toen lag er nog geen metersdikke schuimrubberen mat achter de lat om de vallende springer op te vangen. En dat kwam aan…
Nu zijn de matten er. En sinds 1968 hebben alle hoogspringers de Fosbury Flop overgenomen.

Het succes van die “flop” is gewoon het gevolg van een stukje toegepaste fysica.
En van het atletisch vermogen om die fysica in praktijk te brengen natuurlijk.
Want waar komt het bij hoogspringen op neer? Dat je je zwaartepunt Z over de lat tilt!
Hoe hoger de lat ligt, hoe hoger je je zwaartepunt Z moet tillen.
Maar hoe hoger je zwaartepunt Z ligt, hoe minder hoog je het moet tillen!
Het is dus niet zomaar dat die hoogspringers geen kleine dikkertjes zijn…

Dus “lange zwikken” met een hoger gelegen zwaartepunt Z zijn in het voordeel.

Maar tijdens de sprong komt het er op aan om je zwaartepunt zo laag mogelijk te houden. Dan moet je het immers minder hoog optillen.
En hier komt het geniale van de Fosbury-techniek: door het lichaam achterwaarts gekromd te houden komt het zwaartepunt Z zelfs onder de lat te liggen!
Bij de oude techniek lag het zwaartepunt duidelijk boven de lat, zodat de afstand waarover het zwaartepunt naar boven moest verplaatst worden om over dezelfde hoogte H te springen beduidend groter was: h₁ > h₂!

De afstand waarover een atleet zijn zwaartepunt kan verplaatsen, en dus hoe hoog hij kan springen, hangt af van de beschikbare energie op het moment van de sprong.
Die energie haalt de springer hoofdzakelijk uit zijn aanloopsnelheid.
M.a.w.: op het moment van de afzet moet hij zijn bewegingsenergie zo maximaal mogelijk omzetten in potentiële energie (= “hoogte-energie”).

En nu moet ik er een paar formules bij halen.
De bewegingsenergie op het moment van de afzet = ½ mv²
Hierin is v de snelheid bij de afzet en m de massa van de atleet
De potentiële energie die nodig is om met de Fosbury Flop de hoogte H te bereiken = m.g.h₂
Hierin is m weer de massa van de atleet en g is de constante valversnelling ( = 9,91m/s²)
In de veronderstelling dat er geen energie zou verloren gaan zou dus:
½ mv² = m.g.h₂ en dus zou h₂ = v²/2g
Met eenzelfde snelheid v aan de voet van de lat, kan je een hogere h₂ bereiken en dus een hogere H overschrijden!
Leve de Fosbury Flop dus!

Uiteraard heb ik de zaken hier nogal sterk vereenvoudigd. Want er gaat bij de omzetting van de bewegingsenergie in potentiële energie zeker energie verloren. Denk maar aan de draaibeweging die de atleet moet maken om rugwaarts gekromd over de lat te gaan.
Maar waarom springen ze dan niet voorwaarts gekromd?
De eenvoudigste verklaring is dat bij de rugwaartse kromming de kans minder groot is om met je armen of benen de lat te doen vallen!

Voilà, dat was de Fosbury Fysica!
Ik weet het: ik kan het hier allemaal nogal uitleggen, maar Tia moet het doen!
Het is dus weer zoals zo dikwijls: de beste stuurlui staan aan wal…

Over bosonen en Satyendra Nath Bose

De wereld is nog altijd niet over uitgepraat over de hoogst waarschijnlijke ontdekking van het higgsboson.
En dat zal nog wel een tijdje zo blijven, want het gaat hier om de ontbrekende schakel die er voor zorgt dat het zogenaamde standaardmodel van de deeltjesfysica zijn geldigheid blijft behouden als basis voor verder onderzoek van de materie.
”Higgsboson”, een toch wel zeer eigenaardige naam voor zo’n super-minuscuul deeltje met een massa dicht in de buurt van de 126 eV/c².

126 eV/c²: rare manier trouwens om massa uit te drukken, want “normale” mensen drukken massa uit in kilogram (kg).
En daar wil ik toch eerst iets over kwijt
Voor zeer kleine dingen is de kg een veel te grote hoeveelheid.
Om zeer kleine massa’s aan te duiden maakt men daarom gebruik van de formule die Einstein beroemd gemaakt heeft: E = m.c².
Hierin is E = energie, m = massa en c = de constante lichtsnelheid = 300.000km/s
Uit deze formule blijkt dat m = E/c²
Als men dus de energie van een deeltje kent, kan men de massa van dat deeltje uitdrukken in functie van die energie. En voor die energie wordt de elektronvolt (eV) als eenheid gebruikt.
Je kan dus de massa m uitdrukken in eV/c²
De eV is een zeer kleine hoeveelheid energie.
De massa die ermee overeenkomt is dus ook zeer klein: 1 eV = 1,8.10^-36 kg.
Ook de massa van het higgsboson, 126 eV/c², is dus superklein als men ze in kilogram zou willen uitdrukken:
126 x 1,8.10^-36 kg = 2,27.10^-34kg = 0,000000000000000000000000000000000227 kg!

Maar waar ik eigenblijk wilde over hebben, is over de rare naam van het higgsboson.
De herkomst van het eerste gedeelte, “higgs” is de laatste dagen voldoende in de media aan bod gekomen.
Higgs is de naam van de natuurkundige Peter Higgs die het bestaan van het deeltje in 1964 voorspelde.
Met een beetje Belgisch chauvinisme zouden we kunnen zeggen dat er eigenlijk over het Brout-Englert-boson zou moeten gesproken worden, omdat Francois Englert en Robert Brout van de Université Catholique de Louvain (UCL), Briggs een paar maanden vóór waren met de voorspelling.
Misschien volgt het eerherstel bij de toekenning van de nobelprijzen dit jaar?

En boson dan?
”Bosonen” is de verzamelnaam voor één van de twee families elementaire deeltjes. De andere familie is de familie van de fermionen.
Deeltjes worden als elementair beschouwd als ze zelf niet meer uit andere bouwsteentjes zijn samengesteld.
Bosonen en fermionen verschillen van elkaar door hun spin.
Vereenvoudigd is spin de hoek waarover de deeltjes om hun eigen as moeten draaien om terug in hun uitganspositie terecht te komen.
Meer kan ik daarover niet kwijt zonder in ingewikkelde wiskunde te verzeilen.
En van waar komt de naam boson?
Van de Indische fysicus Satyendra Nath Bose, die voor het eerst de karakteristieken beschreef van de familie deeltjes die achteraf zijn naam meekreeg.

Het is dankzij Einstein dat het werk van deze fysicus de waardering kreeg waarop hij recht had.
En het is mede dankzij het baanbrekend werk van Satyendra Nath Bose dat de fysici van vandaag hun blijkbaar valabel standaard model van de deeltjesfysica hebben kunnen construeren.
Ere dus aan wie ere toekomt!

Volg het higgsboson live!

Volg hier live en rechtstreeks vanuit CERN de aankondiging van wat misschien wel de grootste ontdekking van deze eeuw in de deeltjesfysica kan genoemd worden: het higgsboson of het God-deeltje:

Klik op het beeld hierboven en volg de aankondiging in Genève vanaf 9u tot...
Nadien volgt een persconferentie en volgen samenvattende videomontages.

Kleine oorzaak, grote gevolgen en omgekeerd

Je hebt wellicht al ooit eens op TV recordpogingen gezien om in een kettingreactie het grootste aantal dominosteentjes te doen omvallen.
Maar het kan ook anders.
Als je er wat fysica bijhaalt kan je aantonen dat elk vallend steentje een volgend steentje kan vellen dat 50% groter en zwaarder is dan zijn voorganger.
Wie het bewijs daarvoor op papier wil zien kan Domino Fall lezen.
Maar als we aannemen dat die voorwaarde correct is, dan kunnen we snel inzien wat een enorme kettingreactie we met een piepklein dominosteentje kunnen veroorzaken.

In de veronderstelling dat alle stenen uit hetzelfde materiaal gemaakt zijn, mag elke volgende dominosteen dus een massa hebben die 1,5 x 1,5 x 1,5 = 3,375 keer zwaarder is dan die van zijn voorganger.
De tweede mag dus 3,375 keer zwaarder zijn dan de eerste, de derde mag (3,375)² = 11,4 keer zwaarder zijn dan de eerste, de vierde mag (3,375)³= 38,4 keer zwaarder zijn dan de eerste enz.
De 12de mag dan liefst (3,375)¹¹ = 674.160 keer zwaarder zijn dan de eerste!

De energie van zo'n een vallende dominosteen wordt gegeven door E = m.g.h (= de formule voor potentiële energie)
Daarin is:
m = de massa van de dominosteen
g = de constante valversnelling ter plaatse. Bij ons is g = 9,81 m/s²
h = de hoogte van het zwaartepunt Z boven de grond
Aangezien Z voor de 12de steen (1,5)¹² keer hoger ligt dan voor de eerste steen, is de energie waarmee de 12de steen tegen de 13de botst 674.160 x (1,5)¹²  =  meer dan 87 miljoen keer groter dan die waarmee de eerste steen tegen de tweede botst!
Niet te verwonderen dat een eerste steentje van 5mm hoog en 1 mm dik een 13de steen van 50 kg kan doen omvallen.
Maar misschien volstaat het dat jullie het gewoon zien om het te geloven: een piepkleine oorzaak met zeer grote gevolgen…

En per toeval bezorgde mijn dorpsgenoot Roger mij gisteren een filmpje met een Belgische dominoversie: de dominosteentjes zijn vervangen door lege bierflesjes! Wel allemaal flesje van bijna gelijke grootte.
In dit geval zou je eerder kunnen spreken van een zeer grote oorzaak met een piepklein gevolg. Want wie zet nu honderden bierflesjes op een rij voor één schamel verlept pintje?

Geduld is een schone deugd, ook als je dorst hebt…

Over het waarom en het voorkomen van koffie morsen

Ik heb het al meerdere keren meegemaakt na een wandeltocht: ik ga voor Mia en/of voor mijzelf een tas koffie halen aan het buffet van de cafetaria en de evenwichtsoefening om die lading zonder morsen tot aan de tafel te krijgen mislukt: het ondersteunend schoteltje wordt een kleine (koffie)zwemkom. En ik weet dat ik niet alleen ben: er zijn op aarde talloze koffiebibberaars.

Dit wereldwijd probleem(!) was voor een groep natuurkundigen van de University of California voldoende groot om er een deel van hun kostbare tijd in te steken en hun bevindingen te publiceren in Physical Review E, één van de fysica-tijdschriften van de gerenommeerde American Physical Society.
En dat die studie au sérieux werd aangepakt ziet u in het volgende beeld uit het artikel:

Maar vergeet al die fysica en wiskunde en onthou misschien de wonderbare conclusies uit het onderzoek:

1. wie ooit legerdienst deed, weet dat een peloton soldaten niet in cadans over een brug mag stappen omdat de brug dan op het zelfde ritme hevig mee kan gaan trillen, met alle gevolgen vandien.
   Ook zo voor de koffie in de tas. “Koffietaswandelaars” hebben de neiging om te versnellen omdat ze zo rap als mogelijk ter plaatse willen zijn. Doe dat niet, want door te versnellen heb je meer kans dat de vloeistof in resonantie komt met uw stapritme en dan begint hij zo hevig te bewegen dat hij uit het kopje vliegt.
   Volgens de studie gebeurt dat meestal tussen de 7de en 10de stap!
   Vertraag dus eerder (maar niet overdrijven natuurlijk, want dan is de koffie koud…)
2. als je vertrekt met de tas in de hand versnel dan… langzaam
3. kijk niet naar uw voeten of naar uw partner die in de verte zit te wachten, maar kijk naar de koffiemok. Je zal dan automatisch vertragen en corrigeren en de resonantie vermijden.
4. gebruik een aangepaste tas! Leg dat maar uit aan de al zo getergde café- en restaurantbazen!
   Tassen waarin bijvoorbeeld ringen aan de binnenkant zijn aangebracht (ze spreken van “annular ring baffles”) zouden de resonantie breken en het morsen beletten.

Ik kan er zelf nog ééntje aan toevoegen: zorg dat je op minder dan 7 passen van de koffiepot af zit…
Dit onderzoek verdient zonder twijfel een Nobelprijs. Een Ig Nobelprijs natuurlijk.

Over synchronisatie gesproken

Trillende voorwerpen die zodanig verbonden zijn dat er onderlinge energieoverdracht mogelijk is, gaan na een tijdje synchroon trillen.
Dat had Christiaan Huyghens in de 17de eeuw al ontdekt bij twee slingers die aan eenzelfde beweeglijke staaf waren opgehangen.

Dit merkwaardig synchronisatieverschijnsel wordt in onderstaand filmpje op een spectaculaire wijze gedemonstreerd.
5 slingerende metronomen beïnvloeden elkaar niet zolang ze op een vast oppervlak staan.
Als ze dan niet in fase trillen, blijven ze uit fase trillen
Maar van zodra ze op een beweeglijke ondergrond staan (plankje op colablikjes), kunnen ze bewegingsenergie aan elkaar overdragen.
Deze overdracht resulteert uiteindelijk in een synchronisatie van alle trillingen.

De precieze verklaring van dit merkwaardig synchronisatieverschijnsel vraagt nogal wat kennis van fysica en wiskunde.
Liefhebbers daarvan kunnen op internet pdf-bestanden vinden waaraan ze hun hartje kunnen ophalen: Synchronisation of metronomes en Design and experimental results of synchronizing metronomes,inspired by Christiaan Huygens.

Toch ga ik hier ook even een tipje van de sluier proberen te lichten.
De synchronisatie is uiteindelijk een gevolg van de wet actie = –reactie.
Situatie A: één metronoom op de beweeglijke plank.Ten gevolge van actie = –reactie zal, als het gewicht van de slinger naar rechts beweegt, het plankje naar links bewegen. En als het gewicht naar links beweegt zal het plankje naar rechts bewegen.
Situatie B: twee metronomen, die uit fase zijn, op de beweeglijke plank.
Als je twee metronomen die uit fase zijn op een beweeglijk plank plaatst, zal op een bepaald moment, het ene gewicht het plankje naar links doen bewegen (rode pijlen) en het andere zal het plankje naar rechts doen bewegen. Maar die krachtstoten komen niet op hetzelfde moment, waardoor de breedte van de uitslag van de gewichtjes wijzigt tot ze synchroon bewegen.

Het resultaat van de koppeling van de slingeringen via het bewegend plankje is in elk geval zeer bijzonder. Geniet ervan.

Het duivengeheim grotendeels opgelost.

Het is al langer bekend dat duiven over een soort ingebouwde GPS beschikken die hen in staat stelt om na een verre vlucht feilloos hun hok terug te vinden.
Men weet ook al een tijdje dat duiven bij hun oriëntatie tijdens zo’n vlucht gebruik maken van de informatie over variaties in het magnetisch veld van de aarde.
Maar hoe de duivenhersenen die magnetische informatie verwerken was tot nu toe niet bekend.
Daar is nu verandering in gekomen.

Eergisteren (26 april 2012) publiceerden L. Wu en J.D. Dickman in Sience een artikel waarin dit uit de doeken wordt gedaan.
Ze hebben de neuronen (= zenuwcellen) in de duivenhersenen ontdekt die voor de verwerking van de magnetische informatie zorgen.
Die neuronen bevinden zich in de hersenstam en verwerken gegevens over richting, sterkte en polariteit (=zin) van het aardmagnetisch veld.
Let er op dat de neuronen de gegevens over het magnetisch veld niet zelf detecteren, Ze verwerken ze alleen maar. De gegevens zelf krijgen ze doorgestuurd door magnetische receptoren die zich elders in het duivenlichaam bevinden.

En daar zit nog een probleem. Want waar die magnetische receptoren zich precies bevinden is nog onduidelijk.
Er is een tijdje gedacht dat ze zich aan de bek van de vogel zaten, in de witte knobbel (zie beeld hieronder) die rijk is aan magnetiet, een oxide van ijzer.

Maar zeer recent (11 april 2012) is in Nature een artikel gepubliceerd, waarin aangetoond wordt dat dit niet het geval is.
Die ijzerrijke cellen in de knobbels zijn volgens deze studie gespecialiseerde witte bloedcellen (macrofagen) die zorgen voor de recyclage van het ijzer uit afgestorven rode bloedcellen. Absoluut geen magnetische detectoren dus.

Waarom zijn die magnetoreceptoren zo moeilijk te vinden?
De reden daarvoor is dat het lichaam geen magnetische velden tegenhoudt. Daardoor kunnen de receptoren overal in het lichaam voorkomen.
En begin dan maar eens te zoeken…
Bij andere receptoren ligt dit wel anders. Lichtreceptoren bijvoorbeeld zijn stukken eenvoudiger te ontdekken. Licht kan immers niet diep in de weefsels doordringen. De lichtreceptoren (netvlies in de ogen) moeten dus dicht aan de lichaamsoppervlakte liggen. En daardoor zijn ze gemakkelijker te vinden.

Om de magnetoreceptoren toch te ontdekken willen L. Wu en J.D. Dickman nu de weg terug volgen: van de verwerkende neuronen de weg terug gaan naar de receptoren die de signalen bezorgen.
Ze hebben trouwens al werk op die weg afgelegd. En dat wijst erop dat het binnenoor de “place to be” zou kunnen zijn. De resultaten van dat onderzoek kan je in dit pdf-bestand lezen.

Het duivengeheim is dus al voor een groot deel opgelost. Maar nog niet helemaal.
Er is nog wat werk aan de duivenwinkel.

Wissen, wiste, gewist

Ik heb nog de tijd meegemaakt dat inktvlekken en fouten gewist werden met een setje van twee flesjes: een kleurloze vloeistof en een donker paarse.

Toen ik later chemie ging studeren, begreep ik dat het hier om een kaliumpermanganaatoplossing (paars) en natriumthiosulfaatoplossing (kleurloos) ging.
Het inktwissen was pure chemie. Het permanganaat oxideerde de inktleurstof zodat de kleur verdween en het bruine mangaandioxide (MnO₂) dat daarbij ontstond werd op zijn beurt door het thiosulfaat omgezet tot vrijwel kleurloos mangaanoxide (MnO).
Het werkte maar het was een geknoei.

Een paar jaar later kwamen de “Tintenkillers”.

En weer was hun werk niets anders dan chemie.
Maar in dit geval was er maar één actieve stof op de killerstift aanwezig: natriumsulfiet.
Dat natriumsulfiet verandert de chemische structuur van de inktkleurstof zodanig dat ze geen zichtbaar licht meer absorbeert en daardoor kleurloos wordt.

Toen kwamen “de potjes”, de Tipp-Ex.

De werking daarvan was eigenlijk fysica.
De witte vloeistof die in de potjes zit is titaniumdioxide opgelost in vluchtige oplosmiddelen.
Strijk je die oplossing over “een foutje” uit, dan verdampt het oplosmiddel en het witte deklaagje blijft achter. Tegenwoordig kan je dat laagje titaniumdioxide ook via een afstrijkrolletje op de fout aanbrengen. Dan zijn er geen schadelijke oplosmiddelen nodig.

Al die correctorstoffen waren nuttig vóór de tijd van de tekstverwerking.
Van zodra die op het toneel verscheen was hun rol grotendeels uitgespeeld. Fouten zijn nu verbeterbaar vóór er iets op papier komt.
En er komt nog altijd heelwat op papier!
En er wordt nogal wat bedrukt papier in de vuilmand gegooid, meer dan ooit.
Recyclage kan, maar dat is heel bewerkelijk en niet al te milieuvriendelijk.
Maar er is een oplossing op komst.

Een Engels-Duitse groep onderzoekers is er in geslaagd om met groen laserlicht tonerinkt van bedrukte pagina’s te verdampen, terwijl het papier onbeschadigd achterblijft! Hetzelfde blad papier kan dus meerdere keren gebruikt worden.
In de Proceedings of the Royal Society vind je een samenvatting van hun vondst.
Voorlopig is er nog geen “wisprinter” (of moet het “printwisser” zijn?) commercieel beschikbaar, maar dat zal wellicht een kwestie van tijd zijn.

Groen laserlicht dat er voor zorgt dat er minder papier nodig is en dat er dus minder bomen moeten sneuvelen.
Groener kan het niet…

Richard Feynman: de grootste ooit?

Ik ben (opnieuw) in “Great Physicists” van William H. Cropper aan het lezen.
En ik ben aanbeland bij de biografie van Richard Feynman.
Feynman is zonder twijfel één van de grootste natuurkundigen van de voorbije eeuw.
Nobelprijswinnaar omwille van zijn quantumelektrodynamica (QED), de theorie waarmee hij het gedrag van geladen deeltjes kon verklaren.
Dat klinkt allemaal heel geleerd en alleen maar voer voor droge, wereldvreemde theoretici.
Maar dat was Richard Feynman absoluut niet.
Hij was een man van de wereld, fervent bongospeler, die als geen ander de kunst verstond om moeilijke dingen op een verstaanbare manier uit te leggen. Hij deed dat zowel in een groot aantal populariserende boeken als in zijn echte cursussen.
Zijn reeks fysicaboeken voor eerstejaarsstudenten de “Feynman lectures on physics”, zijn pareltjes van didactiek. Ik heb hier ook nog een paar afleveringen in mijn boekenkast staan.

En Feynman probeerde ook een verstaanbare uitleg te geven aan doodgewone dagelijkse verschijnselen waar fysica een rol in speelt.
In de de BBC reeks “Fun to imagine” van 1983, werd aan Feynman een aantal vragen over het hoe en waarom van dergelijke dingen voorgelegd.
Een paar voorbeelden.
”Hoe werken magneten en waar komt magnetisme vandaan?”
”Wat is vuur eigenlijk?”
”Waarom blijft een trein op de sporen als hij een bocht neemt?’
Op YouTube kan je een groot deel van die BBC-reeks herbekijken.
En je zal ervan versteld staan, met welk enthousiasme de man zijn antwoorden vertelt.

Voor mijn part zijn de grootsten zij die in staat zijn om ingewikkelde dingen op een eenvoudige wijze uit te leggen.
Feynman was er zo één. Voor mij is hij daarom één van de allergrootsten, groter dan veel gekendere namen zoals Einstein, Bohr, Planck,…
Misschien wel de allergrootste ooit.

Als illustratie laat ik hier het filmpje zien waarin Feynman uitlegt waarom een vlakke spiegel op het eerste zicht links en rechts verwisselt, maar boven en onder niet.
Wat er volgens hem echt gebeurt is dat een spiegel niet links en rechts maar voor en achter verwisselt!
Kijk maar eens hoe hij dat verduidelijkt.

Een superdun antiroestlaagje

Roesten van metalen, of om het geleerder te zeggen, corrosie, is een economisch erg belangrijk probleem.
Corrosie van metalen komt eigenlijk neer op het ongewenst oxideren van metalen.
De gevolgen van corrosie kosten jaarlijks enorme sommen. Scheikundigen proberen dan ook al jaren middelen te vinden om het oxideren van metalen tegen te gaan.
De ouderen onder ons zullen zich nog wel de gegalvaniseerde ijzeren emmers en waskuipen herinneren.

Bij het galvaniseren van die voorwerpen werd het ijzer bedekt met een laagje zink.
Zink wordt gemakkelijker geoxideerd dan ijzer, maar in vochtige lucht wordt er een onoplosbaar en zeer moeilijk doordringbaar laagje zinkhydroxide gevormd, dat de emmer of de kuip uitstekend beschermt tegen corrosie.
Die beschermende laag zinkhydroxide is trouwens de oorzaak van het grijs worden van een gebruikte emmer of kuip, in tegenstelling tot de blinkende kleur van “verse” exemplaren.
Denk ook aan de grijze zinken dakgoten die nog schitterden in de zon toen ze net gelegd werden.

Alhoewel het galvanisch bedekken van metalen met andere beschermende metaallagen nog altijd belangrijke toepassingen vindt, is het, wegens de gebruikte stoffen, een vervuilende techniek.
En voor veel toepassingen is de deklaag te dik.
Scheikundigen zijn daarom voortdurend op zoek naar betere en dunnere anti-corrosielagen.
Het super-dunste roestwerend laagje schijnt nu gevonden te zijn: een laagje grafeen.

Misschien herinneren jullie zich nog wel dat André Geim en Konstantin Novoselov in 2010 de Nobelprijs fysica kregen voor de ontdekken van de grafeenstructuur en voor het onderzoek naar de basiseigenschappen van die bijzondere gedaante van koolstof.

Zoals je op het beeld hierboven ziet is grafeen eigenlijk niets anders dan een laagje van 1 atoom koolstof dik, in een netwerk van zeshoekig aan elkaar gebonden atomen (kippendraad- of honingraatpatroon).
Dunner dan slechts 1 atoom dik, kan niet.
En grafeen is ook supersterk. En een uitstekende geleider. En goedkoop.
Kortom een wondermateriaal.
Komt daar nu nog bij dat het ook een prima corrosiewereld materiaal blijkt te zijn.

Een groep onderzoekers van de Amerikaanse Vanderbilt University heeft een paar weken geleden in ACS Nano, een wetenschappelijk tijdschrift van de American Chemical Society, onderzoeksresultaten over de anti-corrosiewerking van grafeen gepubliceerd.
En daaruit blijkt dat het superdunne, en dus onzichtbare laagje grafeen, een even goede bescherming biedt als conventionele coatings die 5 maal dikker zijn.
De toepassingen als corrosiewerend materiaal in de micro-elektronica, in connectoren, in prothesen,... liggen voor de hand.
Het super-antiroest is dus gevonden.

Fantastische stof dat grafeen. Daar hebben we het laatste nog niet van gezien.
Maar toch denk ik met wat heimwee terug aan dat zinken "bassentjen" waarin ons moederke ons indertijd op zaterdagavond een extra wasbeurt gaf…

Bron foto: Willebroek info

De nieuwe kilogram komt er aan

Jaren geleden (begin jaren '90) heb ik eens, als lid van de leerplancommissie chemie, de kans gekregen om een week lang middelbare scholen in Parijs en omgeving te bezoeken.
Dit werd een leerrijke ervaring, vooral om te zien hoe bijvoorbeeld in gerenommeerde scholen zoals het Lycée Henri IV, het wetenschapsonderwijs nog uitgesproken theoretisch werd benaderd. De fysica- en chemielessen werden er gegeven in grote auditoria voor grote groepen leerlingen door een leraar die nauwelijks in interactie kwam met zijn leerlingen. De laboratoriumuitrusting was, vergeleken met waar wij toen al over beschikten, “abominable”.
Ons Vlaams wetenschapsonderwijs was op dat moment al een stukje verder geëvolueerd en stond veel dichter bij de experimentele aanpak die in Engeland gehanteerd werd.

Ik moest aan die ervaring terugdenken toen ik een paar dagen geleden las dat men de eenheid van massa, de kilogram, gaat herdefiniëren.
Want tijdens dat bezoek aan de Parijse scholen kregen we ook de gelegenheid om het eerbiedwaardige Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Sèvres bij Parijs te bezoeken.
Daar wordt onder andere de standaard kilogram bewaard. De referentiemassa waarop alle andere massa’s ter wereld geijkt zijn.

En daar stond hij dan te pronken onder een drievoudige luchtledige stolp en opvallend veel kleiner dan ik mij ooit had voorgesteld: een cilindertje van 3,9 cm hoog en 3,9 cm diameter, gemaakt van een legering van 90% platina en 10% iridium, edele metalen die nauwelijks vatbaar zijn voor corrosie.

Nauwelijks vatbaar voor corrosie…maar dus niet helemaal vrij van corrosie!
En inderdaad, sinds de ingebruikname in 1889 is de massa van het cilindertje niet constant gebleven. De reden is waarschijnlijk het weglekken van zuurstof- en stikstofgas dat bij de vervaardiging in het cilindermateriaal werd ingesloten. Daardoor is de massa in ongeveer 100 jaar tijd met 50 microgram afgenomen.
50 miljoensten van een gram, dat is de massa van een zandkorreltje van 0,4mm diameter…

De wetenschappers die van langsom nauwkeuriger zeer kleine massa’s moeten bepalen, vinden dat het daarom tijd wordt om een de eenheid van massa een nieuwe definitie te geven. Een definitie op een constante basis.
Men had dat immers ook al voor de meter gedaan.
Die is al een tijdje niet meer, zoals wij vroeger leerden, de afstand tussen 2 streepjes op een platina-iridiumstaaf die ook in Sèvres bewaard wordt. Maar nu als museumstuk…

De “nieuwe meter” is sinds 1983 de afstand die het licht in vacuüm aflegt in een tijdsinterval van 1/299.792.458 seconde. Daarbij wordt uitgegaan van de constante waarde van de lichtsnelheid c die exact 299.792.458 m/s bedraagt.

Je merkt al dat de nieuwe definities van de standaardgrootheden veel minder aanschouwelijk zijn en veel meer kennis van fysica veronderstellen.
Met de nieuwe kilogram is dat niet anders.
Zoals de meter gedefinieerd is op basis van de lichtsnelheid als vaste constante, zo zal de nieuwe kilogram op basis van een andere vaste constante gedefinieerd worden.
En die vaste constante, is de constante van Planck h = 6,626 068 96.10⁻³⁴ kg.m².s^-1
Daaruit kan je afleiden dat:

                        h
1 kg = ------------------------
            6,626 068 96.10⁻³⁴

De eenheid van massa, de kilogram is dus die massa waarvoor de constante van Planck precies de getalwaarde 6,626 068 96.10⁻³⁴ heeft.

Ingewikkeld nietwaar?
Niets aan te doen, het leven wordt er niet eenvoudiger op.
Gelukkig komt het voor onze dagelijkse massabepalingen niet op een paar microgram aan.
We zijn al blij als we de kilogrammetjes onder controle kunnen houden…

Magnetische nagellak

Spijtig genoeg kom ik een paar dagen te laat met dit berichtje.
Het kon de mannen (en misschien ook de vrouwen?…) onder ons op een origineel en bijzonder ideetje voor een Valentijnscadeautje gebracht hebben: magnetische nagellak!
Voor een paasgeschenk dan maar?

Precies drie weken geleden had ik het hier over magnetische zeep
En nu komt de fysica ook al de make-up- en modewereld binnenstormen.
Voor alle duidelijkheid: het gaat hier inderdaad over magnetisme met als doel om de vingernageltjes opvallender en de dragers ervan misschien ook aantrekkelijker te maken. Dus niet met de bedoeling om het voor secretaressen gemakkelijker te maken om paperclips van hun bureaublad op te rapen…

Bron beeld: All Laquered Up

De magnetische nagellak heeft als bijzondere eigenschap dat hij sierlijke patronen op de nagels tovert als je hij droogt met een magneet in de buurt. Die magneet bevindt zich in het dopje van het nagellakflesje. Die patronen zijn niets anders dan de afbeelding van het magnetisch veld van de magneten die men boven de vloeistof houdt.
De vloeistof behoort tot de zogenaamde ferrofluida.
Dat zijn vloeistoffen waarin zeer fijne magnetische deeltjes rondzweven (grootteorde = nanometer = miljoenste van een millimeter).
De deeltjes bestaan meestal uit magnetiet (een oxide van ijzer) of uit ijzer zelf dat met een antiroestlaagje bedekt is.

Het patroon dat ontstaat wordt bepaald door de vorm van de magneet die in de buurt komt.
Misschien herinneren jullie zich nog wel hoe jullie leraar fysica het magnetisch veld van een staafmagneet of een hoefijzermagneet duidelijk maakte met ijzervijlsel.
De schoonheden (m/v?) die magnetische nagellak gebruiken doen eigenlijk precies hetzelfde proefje…

Als je wil weten hoe je precies met de magnetische nagellak moet tewerk gaan, moet je onderstaand filmpje maar eens bekijken:

Als ik een fiets aan het her- of afstellen ben, gebeurt het wel eens dat ik de kogellagers in de naven smeer. Ik moet dan 9 of 10 kleine metalen kogeltjes uit de cups halen. En dan is het opletten geblazen om er geen te zien wegspringen.
Ik ga eens een laagje Essence Metallics proberen, verkrijgbaar bij Kruidvat naar ‘t schijnt.
Als ik na het smeren de kogeltjes dan maar weer van mijn vingers in de cups krijg…

0°F = –17,8°C

In deze koude tijden staat de thermometer meer dan ooit in de belangstelling.
Bij ons thuis hebben we in de keuken een elektronisch weerstationnetje dat
ons onder andere de kamertemperatuur aangeeft en, via een infraroodmeetsonde, de buitentemperatuur.
Buiten hebben we ook nog een maximum-minimumthermometer hangen.
Dit is een “gewone” alcoholthermometer die de hoogste en laagste temperatuur over een bepaalde periode toont.

Zoals je kan zien heeft die maximum-minimumthermometer zowel een Celsius- als een Fahrenheitschaal.
De Fahrenheitschaal is eigenlijk alleen nog maar in een aantal Engels sprekende landen in gebruik en vooral nog in de Verenigde Staten.

Maar toen ik eergisterenmorgen de laagste temperatuur ging aflezen (-10°C = +17°F) begon ik mij over die Fahrenheitschaal vragen te stellen.
Ik zag op de thermometer dat 0°F overeenkomt met –17,8°C.
Omrekenen van Celsius naar Fahrenheit en omgekeerd heb ik mijn leerlingen van het 5de jaar middelbaar jaren geleden talloze keren laten doen:
t_C = (t_F –32).5/9 en dus is 0°F volgens dit formuletje = (0 –32).5/9 °C = –17,8°C. Onze thermometer werkt dus perfect.
Maar die rare temperatuur van 0°F = –17,8°C hoe heeft men die indertijd vastgelegd?

Het nulpunt van de Celsiusschaal is vastgelegd als zijnde de temperatuur van smeltend ijs bij een luchtdruk van 1 atmosfeer ( = 1013 hectopascal = 1013 mbar). Dat is wel bij iedereen bekend.
Maar wat heeft Fahrenheit in 1724 gebruikt om zijn nulpunt vast te leggen? Dat is veel minder geweten.
Enig zoekwerk heeft mij geleerd dat Fahrenheit daar een welbepaald koudmakend mengsel voor gebruikt heeft: een mengsel van gelijke hoeveelheden ijs, water en ammoniumchloride.
Een ander bekend koudmakend mengsel is ijs + keukenzout in een 3:1-verhouding. Dit levert een temperatuur van -20°C en je kan het er dus binnen in huis serieus mee laten vriezen zoals ik hier al ooit eens heb uitgelegd.

Wat is er nu zo bijzonder aan koudmakende mengsels dat men ze gebruikt om een ijkpunt op een thermometerschaal te bepalen?
Koudmakende mengsels zijn mengsels die na een tijd een bepaalde constante evenwichtstemperatuur bereiken ongeacht de begintemperatuur die de afzonderlijke bestanddelen vóór het mengen hadden.
Het constant zijn van die evenwichtstemperatuur van zo’n koudmakend mengsel, maakt het natuurlijk zeer geschikt voor het vastleggen van een referentietemperatuur.
Fahrenheit heeft daar gebruik van gemaakt en bij de temperatuur van een mengsel van gelijke hoeveelheden ijs, water en ammoniumchloride heeft hij zijn nulstreepje geplaatst.

Brr, van 0°F = – 17,8°C, spaar ons Heer!
Maar zoals de bekende voebalfilosoof van boven de Moerdijk ooit zei: “Elk nadeel heb z’n voordeel”:  hadden ze in Balk aan de Luts maar een paar dagen 0°F gehad, dan reden ze daar dit weekend de Elfstedentocht…

Het mysterieuze Mpemba-effect

We beleven op dit moment een serieuze winterprik. Met temperaturen in Romershoven tot –10°C en zelfs nog lager.
Een geschikte situatie om het Mpemba-effect eens uit te proberen.

Het Mpemba-effect is het merkwaardig verschijnsel dat warm water blijkbaar sneller bevriest dan koud water.
Het effect dankt zijn naam aan de Tanzaniaanse scholier Erasto B. Mpemba, die het in 1963 ontdekte toen hij ijscreem aan het maken was. Hij stelde tot zijn verbazing vast, dat in tegenstrijd tot alles wat hij in de fysicalessen geleerd had, warme melk sneller ijskreem leverde dan koude melk!
Ook warm water bevriest sneller dan koud water.
Hoe kan dat nu?
Om een stof af te koelen tot een bepaalde eindtemperatuur moet er warmte-energie aan onttrokken worden. En hoe hoger de begintemperatuur hoe meer warmte er moet onttrokken worden om de eindtemperatuur te bereiken. En dus hoe langer het in dezelfde omstandigheden duurt om die eindtemperatuur te bereiken.

Ook professionele natuurkundigen, die het jongetje Mpemba eerst uitlachten, stelden het verschijnsel vast.
Ze stonden voor een raadsel.
Uiteindelijk vonden ze toch een verklaring.
Het verdwijnen van opgeloste gassen en opgeloste ionen uit het warm water zou onder andere een rol spelen.
Andere factoren die bijdragen tot de verklaring kan je hier terugvinden.

Maar laten we het gewoon leuk houden op deze zondag en zelf een paar "Mpemba-proefjes" doen.

Als eerste experiment kan je eens een paar ondiepe ijsblokvormpjes even hoog vullen met koud water (5°C) en warm water (35°C).
Plaats alles zonder morsen in de diepvries en laat 10 minuten staan.
Ga dan eens kijkje nemen.
Als alles al vast zou zijn, moet je herbeginnen en minder lang wachten om een eerste keer te gaan kijken, want die tijd hangt af van de begintemperatuur van het water, de temperatuur in de diepvries en de ruimte in de diepvries.
Als alles nog vloeibaar is, dan komt het er op aan om zeer regelmatig te gaan controleren.
En ja hoor, "na enige tijd" zal je het zien: het warme water bevriest sneller dan het koude! De 13-jarige Erasto had gelijk in 1963!

Maar veel spectaculairder (als ‘t lukt…) kan je het Mpemba-effect in de vrije natuur uitproberen.
Zorg voor een beker warm water (70 à 80 °C, let op voor verbranden!) en slinger de inhoud in een welgemikte boog de lucht in: het water zal meteen verdampen en zelfs een wolk van fijne ijskristalletjes vormen.
Probeer dat met koud water en je krijgt gewoonweg... koude regen!
In onderstaand filmpje zie je de damp- en kristalvorming in de koude buitenlucht mooi gedemonstreerd:

Je bent gewaarschuwd: het moet goed vriezen om het te doen lukken…

Opdat dit zou lukken, moet het echt koud en droog vriesweer zijn.
Misschien zijn de voorspelde temperaturen voor vandaag niet laag genoeg meer.
Spijtig dan: herbegin later nog eens. Bij koudere tijden…
En besef dat ook als het niet lukt, je toch een zondag fijn amusement gehad hebt!

Drup,…drup,…drup,…

Sommige dingen zijn niet wat ze lijken. En dan heb ik het vandaag niet over illusies. Dat is voorbehouden voor de maandagen. Neen ik heb over de “gedaante” (aggregatietoestand is het geleerde woord) waarin sommige stoffen zich aan ons voordoen.
Glas is er zo één.
We ervaren glas als een vaste stof, maar eigenlijk heeft glas bij kamertemperatuur inwendig niet de structuur van een echte vaste stof. Die structuur lijkt veeleer op die van een vloeistof. Sommigen noemen glas daarom een onderkoelde vloeistof die zo dik vloeibaar is dat we ze als vast ervaren.

Bitumen, pitch is er ook zo’n rare stof.

Pitch ziet er duidelijk vast uit. Het is zelfs bros: je kan het met een hamer gemakkelijk in brokken slaan.
Maar pitch is geen vaste stof. Het is een echte vloeistof. Maar dan een vloeistof die zó dik stroperig (viskeus) is dat we ze als vast ervaren.

Om aan te tonen de pitch een vloeistof is, werd in 1927 een experiment opgestart dat nu nog altijd loopt. Het is zonder twijfel het langst lopende experiment ooit!
Prof. Thomas Parnell van de Universiteit van Queensland in Brisbane, Australië smolt een hoeveelheid pitch en goot de smelt in een afgesloten trechter.
Hij liet het goedje drie jaar afkoelen en in 1930 opende hij de trechtersteel.
En dan werd het wachten tot de eerste druppel viel. Als de professor gelijk had tenminste…
En ja hoor: in december 1938 was het zover! In februari 1947 kwam nummer twee.

De prof had gelijk: pitch, bitumen was geen vaste stof maar een erg viskeuze vloeistof.
Intussen waren de studenten waar Parnell het experiment voor had opgestart al lang afgestudeerd. En Parnell zelf stierf in 1948, lang voor de derde druppel viel (1954).

Maar de pitch, hij drupte en drupt nog voort, mooi afgeschermd onder een glazen stolp.
Op 28 november 2000 is de achtste druppel in het glas terecht gekomen.
Dit is de voorlopig laatste in de rij.

Wil je de geboorte van de negende druppel life meemaken?
Ga dan regelmatig eens een kijkje nemen op de webpagina van de Queensland University waar je alle informatie over dit wel zeer merkwaardig proefje kan vinden en waar een webcam je toont wanneer het zover zal zijn.
Maar heb geduld: het kan nog een paar jaar duren…