Gepubliceerd op 20 april 2010
Tekst: Edda Heinsman
Fotografie: Hanne Nijhuis Golden begint zijn verhaal met de vraag wat lucht eigenlijk precies is. De lucht bestaat uit heel veel kleine deeltjes: atomen en moleculen. De meeste van die deeltjes zijn stikstofmoleculen, namelijk wel 78% van de lucht. Nog eens 21% bestaat uit zuurstof. Dan blijft er één procent over, weet een jongetje. En dat klopt, die ene procent bestaat uit CO2 en andere moleculen.
Lucht bestaat dus uit deeltjes, maar wat merk je daar eigenlijk van? Golden vraagt de kinderen wat ze denken dat sterker is: een stuk hout of een opengevouwen krant. Een meisje uit het publiek mag helpen met een experiment om het te onderzoeken. Eerst moet ze een stuk van een lange lat afslaan die op tafel ligt zonder iets dat hem tegenhoudt: het lukt! Ze moet het opnieuw doen, want zo hoorde het experiment eigenlijk niet te verlopen. ‘Dat hoort nu eenmaal bij experimenteel onderzoek', verklaart Golden. Bij de tweede poging springt de lat rechtop omhoog van tafel af. Dan legt Golden een uitgespreide krant over de lat, zal de krant scheuren en de lat opnieuw omhoog springen? Of zal de lat breken? De kinderen zijn het niet met elkaar eens. Het meisje slaat met de hamer en de lat breekt af. De lucht drukt de krant tegen de tafel, waardoor het latje niet omhoog kan, legt een kind uit. En dat is helemaal goed. Golden laat een afbeelding zien van de aarde met daaromheen de dampkring: een dikke laag lucht van zo'n honderd kilometer. En al die lucht drukt op de aarde, met ongeveer een kilo per vierkante centimeter, dat is één bar. Dus op de krant van 80 cm breed en 120 cm lang drukt bijna tienduizend kilo! Dat is net zoveel als het gewicht van twee vrouwtjes olifanten of een pantserwagen vol bommen. Geen wonder dat het stokje op zijn plaats blijft liggen.
Ballonnen opblazen: de luchtdruk in de ballon wordt groter dan daarbuiten.
Dus stilstaande lucht oefent al behoorlijk veel kracht uit zonder dat je het merkt. Die kracht wordt nog veel groter als je zorgt voor een drukverschil. Dat gaan de kinderen aantonen met een simpel experiment. Ze krijgen een ballon, blazen die op en prikken hem kapot met een punaise. In de ballon zitten de deeltjes dichter op elkaar dan buiten de ballon, dus willen ze naar buiten. Omdat de lucht onder hoge druk vervolgens in een keer vrijkomt, ontstaat er een drukgolf, die als een trilling in je oor met een grote klap binnenkomt
Projectie van de opstelling met de twee compartimenten met kogeltjes, gescheiden door een beweegbare 'muur'.
Wat er precies gebeurt bij drukverschil laat Golden zien in een volgende demonstratie: hij heeft een bak met kogeltjes op een speaker gezet. In het midden van de bak zit een beweegbaar muurtje. Zodra de speaker aangaat beginnen de kogeltjes driftig te trillen. Als er nu aan de ene kant van het muurtje meer kogeltjes zijn dan aan de andere kant, dan drukken de deeltjes aan die kant harder tegen het muurtje dan de kant met weinig kogeltjes, waardoor het muurtje verplaatst. Gooit hij wat extra kogeltjes erbij aan de kant waar minder kogeltjes zijn, dan schuift het muurtje weer terug. De druk hangt dus af van het aantal deeltjes.
Overdruk en onderdruk creëren door te ademen of zuigen in de trechter.
Dit gaan de kinderen nadoen met een trechtertje waaromheen een stuk ballon strak gespannen is rond het wijde gedeelte. Als je zachtjes op het tuitje blaast, bolt de ballon op. Er komen meer deeltjes in de trechter, waardoor de druk toeneemt. Als je zuigt aan de trechtermond gebeurt juist het omgekeerde. Dan wordt de ballon ingedrukt, omdat de deeltjes van buiten de ballon harder duwen dan de deeltjes binnenin. Maar wat gebeurt er als Golden de temperatuur - in dit geval de frequentie van de boxen - opvoert? Dan gaan de kogeltjes in de bak harder bewegen. En bij lagere temperatuur bewegen de deeltjes minder hard. Druk hangt dus niet alleen af van het aantal deeltjes maar ook van de temperatuur.
Een zoen onder vacuum: hij barst open en wordt drie keer zo groot.
Wat zou er nu gebeuren in een omgeving waar je alle lucht weghaalt? Golden pakt er een chocolade zoen bij die hij onder een stolp zet. Vervolgens zuigt hij met een pomp lucht onder de stolp weg en tot hilariteit van het publiek breekt de zoen steeds verder open tot hij uit zijn chocoladevelletje barst en wel drie keer zo groot is! De kinderen kijken verlekkerd toe. Hoe komt het nu dat hij zo groot wordt? Volgens een jongetje omdat het vacuüm hem uit elkaar zuigt, maar Golden legt uit dat dat eigenlijk niet zo is. Vacuüm zuigt niet, maar lucht drukt. Bij de zoen zit het zo: doordat de pomp de luchtmoleculen rondom de negerzoen weg zuigt, krijgen de luchtmoleculen in de zoen meer ruimte en zetten de schuimige luchtbelletjes uit. Een ander bekend experiment, waarmee je dit principe kunt aantonen, is die van de Maagdenburger halve bollen. Golden heeft twee lege metalen bolhelften, hij houdt ze tegen elkaar aan en trekt ze zo weer van elkaar af, niks aan de hand. Maar nu zuigt hij er met de vacuümpomp heel veel lucht uit. Twee kinderen uit het publiek mogen proberen de bollen van elkaar te trekken. Maar hoe hard ze ook hun best doen, de bollen komen niet los. Golden heeft zelfs uitgerekend dat het met acht kinderen aan elke kant nog niet zou lukken. Een paar eeuwen geleden werd dit experiment al eens gedaan in Maagdenburg en waren er - voor een iets grotere bol - 12 paarden nodig om ze los te trekken. De lucht drukt aan de buitenkant op de bollen, terwijl er vanaf de binnenkant helemaal geen druk is. Daardoor krijg je ze dus niet van elkaar.
Opblazen van een dunne zak, ook hier komt Bernoulli om de hoek kijken.
Na het vacuüm - heel weinig luchtdeeltjes - gaan we nu kijken wat je kunt doen met heel veel luchtdeeltjes in een klein volume. Om te demonstreren dat bewegende samengeperste lucht heel sterk is schakelt Golden de hulp in van zijn zoon Nathan. Nathan heeft namelijk een voorbeeld gemaakt van 'toegepaste pneumatica': een blaaspijp. Pneumatiek, vertelt Golden, wordt vaak gebruikt in het laboratorium om kleppen aan te sturen. Ook bussen en vrachtwagens gebruiken het om te remmen. Nathan demonstreert dat lucht druk kan uitoefenen; hij blaast een korte luchtstoot in de pijp en het pijltje schiet weg. Golden heeft berekend dat je met zo'n blaaspijp met ongeveer één vijfde bar kunt schieten. Dan pakt hij er een apparaat bij dat niet zou misstaan in een aflevering van mythbusters: een liggende blaaspijp die wel 5 bar haalt, dat is vijf keer de luchtdruk van de atmosfeer, vergelijkbaar met de druk van een luchtbuks. Ze gaan er een kogeltje mee door een aantal kartonnen plaatjes schieten. Eerst mag een meisje met een metalen staaf door twee kartonnetjes proberen te prikken, het lukt niet, het is stevig karton. Hoe zou dat gaan met een kogeltje en de superblaaspijp? Iedereen houdt zijn adem in, drie, twee, een, en ja de kogel schiet door wel zes kartonnetjes heen. Echt krachtig, die bewegende lucht!
Illustratie van de luchtstroming, wanneer een bal door een grote blazer in de lucht wordt gehouden.
Tijd voor het laatste experiment: in de zaal staat een grote blazer die een bal de lucht in blaast. Hoe zou dat kunnen dat de bal erboven blijft hangen en niet wegvliegt? De kinderen hebben verschillende verklaringen, maar Golden legt uit hoe het precies zit. Het was de Nederlander Daniel Bernoulli die hier onderzoek naar deed. Hij ontdekte dat als lucht snel beweegt, de luchtdruk lager is. En omdat lucht van hoge naar lage druk beweegt, waait de ballon daar naartoe. Je kan het zien als je een papiertje voor je mond houdt en er boven blaast, doordat je de lucht boven het papiertje in beweging brengt, wordt daar de druk lager en vliegt het papiertje als vanzelf omhoog. Datzelfde gebeurt bij de ballon en is een deel van de reden waarom een vliegtuig blijft vliegen. En de allerlaatste opdracht: alle kinderen krijgen een lange dunne zak en moeten die in één keer opblazen. Golden haalt diep adem en blaast. Het lukt niet, de zak blijft een beetje slapjes hangen. En toch kan het wel in één keer. Golden laat zien hoe: je moet je mond niet te dicht bij de zak houden. Hij blaast van een klein afstandje en ja, de zak is in een keer blazen gevuld! Hoe kan dit? Een jongetje weet het; het is hetzelfde als met de bal van Bernoulli, omdat de lucht door jouw blazen sneller beweegt, ontstaat daar onderdruk, dat voelt de omringende lucht, en die vliegt meteen naar de plek waar minder druk is. Zo blaas je niet alleen jouw adem maar ook de omringende lucht in de zak.
Bron: Wakker Worden kinderlezingen
|
