Stroopbibberen

VROEGER HAD je gortenpap, karnemelksepap en zelfs karnemelksegortenpap. Je schreef je naam met een lik stroop die je van je lepel liet glijden. De eerste letters groot en zoals-het-hoort, de laatste klein en haastig omdat de stroop bijna op was en er dus met een zo dun mogelijke straal gewerkt moest worden. Dat lukte alleen als de lepel ver omhoog werd getrokken. Onvermijdelijk raakte daarbij het ondereind van de straal stroop in nerveuze trilling: bibberschrift lang voordat de bibberpen verscheen.

De warme pappen hebben de eenentwintigste eeuw niet gehaald. Alleen de pannenkoek is als ondergrond voor experimenten met stroop overgebleven. Maar omdat inmiddels ook de stroop is veranderd - er is nu schenkstroop - is de kans groot dat al een hele generatie is opgegroeid die het stroopbibberen niet kent. Want de stroopstraal die uit de hygiënische schenkstrooptuit stroomt is praktisch gesproken onbruikbaar.

Het stroopbibberen of hoe je het ook noemen wilt (Amerikanen noemen het het 'liquid rope-coil effect' of de 'fluid rope trick') heeft voor zover is nagegaan pas in 1957 serieuze belangstelling gekregen. In april 1958 publiceerde George Barnes erover in de American Journal of Physics. In 1975 nam Jearl Walker het onderwerp op in 'The flying circus of physics' en in september 1981 werkte hij het verder uit in Scientific American. Deze week brengt Nature (12 maart) een artikel van MIT- en Harvard-onderzoekers die erin slaagden de aard van het bibberen uit een minimum aan vloeistofeigenschappen (dichtheid en viscositeit) te voorspellen.

Laat je een voldoende dunne straal stroop, honing, chocopasta, motorolie of glycerine van een voldoende grote hoogte op een horizontaal vlak vallen, dan blijkt dat de straal zich steevast netjes gaat oprollen alsof het een touw is dat wordt opgeschoten. Een vloeibaar touw. Bij het schrijven in de pap werd de lepel meestal niet stil genoeg gehouden en ontstond de indruk van willekeurig, ongeordend bibberen. Maar met een kleine inspanning is het oprollen ('coiling') wèl zichtbaar te krijgen, ook bij vloeistoffen als Velpon of Collall. Of zelfs mosterd. Maar niet ketchup, want ketchup is een niet-Newtonse vloeistof en die doen dat niet.

De stroop- of honingstraal kan natuurlijk linksom of rechtsom kringelen en toen George Barnes in 1957 aan zijn onderzoek begon vroeg hij zich in eerste instantie af of de bekende coriolisversnelling hierop van invloed zou zijn. Of er op het noordelijk halfrond voorkeur voor een bepaalde draairichting was. Maar nee: de draairichting wordt door onbekende en onvoorspelbare kleinigheden bepaald. Barbes verlegde de aandacht naar het krinkelen als zodanig dat hij al direct, en nog wel en passant, op de juiste wijze interpreteerde. Hij zag het als een bijzonder geval van hetgeen in de sterkteleer 'knik' heet. Wordt een voldoende lange, voldoende slanke staaf of kolom in de richting van zijn lengteas boven een minimum waarde belast, dan kan zo'n staaf opeens naar buiten knikken. De zelfonderzoeker die graag ook zelf wat knik onderzoekt, kan daarvoor fietsspaken, boomtwijgen, speelkaarten of spaghetti gebruiken. Spaghetti breekt na het knikken.

De vloeistofstraal, vond Barnes, is een 'semirigid column' die net zo goed zo zwaar belast kan worden dat hij knikt. Dat zal in het bijzonder makkelijk gebeuren als de vloeistof sneller wordt aangevoerd dan hij kan wegstromen, dus: als de vloeistof van een flinke hoogte valt. Dan is-ie door de zwaartekracht al flink versneld voordat hij het horizontale vlak treft. Barnes, die met motorolie werkte, ontdekte dat er een volmaakte rechtevenredigheid is tussen de krinkelfrequentie en de valhoogte (bij een vaste uitstroomopening) en hij kon ook laten zien waaròm dat zo moest zijn. Een aardig detail is dat hij de grootte van de vaak hoge krinkelfrequenties bepaalde met behulp van een stroboscopische belichting, dus met flikkerend licht. Hij koos eenvoudigweg de flikkerfrequentie waarbij de oliestraal schijnbaar kwam stil te staan (De amateur maakt makkelijk een stroboscoop met behulp van een boortol en een zaklamp).

De Britse vloeistof-dynamicus Geoffrey Taylor, die een jaar of tien later krinkelonderzoek deed aan glycerine, besloot de frequentie kunstmatig te verlagen door het krinkelen onder water te laten plaatsvinden. Dan kon je met het blote oog zien hoe het in zijn werk ging. Jearl Walker van Scientific American heeft die tip ter harte genomen en voerde een reeks proeven uit in een aquarium gevuld met verschillende vloeistoffen. Gaandeweg raakte hij zo enthousiast dat hij besloot te onderzoeken of er ook een ondersteboven variant van het stroopbibberen was op te wekken. Of lichte vloeistoffen die konden opstijgen in zware vloeistoffen tot krinkelen waren te brengen. Het lukte uiteindelijk met rubbercement.

Van AW-wege is deze week een idee van Taylor uitgewerkt dat Walker verder heeft laten liggen. Wat is er mooier dan krinkelen onder een vloeistofoppervlak? Krinkelen onder twee vloeistofoppervlakken. In het bekerglas dat op het plaatje staat is behoedzaam koud water geschonken op een verzadigde suikeroplossing. Daarna mocht de originele Wester suikerstroop langs het mes naar beneden glijden. 't Is beter om, zoals Walker deed, de stroop te laten weglekken uit een doorboord bekertje dat in een statief is gemonteerd, maar zó ging het ook aardig. Door het water ging het recht naar benden, op het scheidingsvlak van de vloeistoffen begon een inspirerend kronkelen en met een bescheiden vertraging zakte open spiralen naar de bodem. Het bereiden van een verzadigde suikeroplossing kost veel tijd, wie haast heeft maakt het zich heel gemakkelijk met de combinatie van water en wasbenzine of - vanwege het brandgevaar - peut of petroleum. Kies voor de variatie eens honing in plaats van stroop: te mooi voor woorden.