Eifontein

De paaskaarten verstuurd, de paasboom opgetuigd, de paashaas ovengereed. Tijd voor het traditionele AW-paasstukje dat hier al jaren niet meer verscheen. Alles leek al gezegd, maar nu is er opeens een doorbraak op eigebied. De wonderbaarlijke opstanding van het ei is verklaard: door een Brit in Engeland en een Japanner in Japan. H.K. Moffat en Y. Shimomura brengen hun nieuws in de laatste Nature (28 maart).

Oudere Nederlanders weten dat er een eenvoudig foefje is om rauwe en gekookte eieren uit elkaar te houden: rauwe eieren zijn bijna niet aan het draaien te krijgen. De energie die men er met een handomdraai aan toevoegt dissipeert in rommelige vloeistofstroming in het eibinnenste. Een hardgekookt ei heeft dat niet, dat draait zó goed en zó lang dat vaak regelrechte tol-eigenschappen zichtbaar worden. Dat wil zeggen dat het ei de neiging toont zich vanuit de horizontale positie al waggelend te verheffen tot het uiteindelijk recht op een van zijn punten draait. Over dit wonderlijk oprichtend vermogen, dat in strijd lijkt met fundamentele natuurwetten, gaat het.

Tot nu toe was nooit een wis- en natuurkundig sluitende verklaring voor het fenomeen gegeven al zullen velen hebben aangenomen dat de zaak in de kern niet heel anders kon liggen dan bij het fameuze `tippe-top' tolletje, hier besproken in december 1994. De tippe-top is een tolletje dat eruit ziet als een champignon. In rust steunt het op zijn bolle hoed met de steel in de lucht en het wordt aan het draaien gebracht door het steeltje tusen duim en wijsvinger te laten rollen. Als de aanvangssnelheid voldoende hoog is beweegt het steeltje langzaam vanuit de vertikale stand naar opzij tot hij de ondergrond raakt. Dan werkt-ie zich pardoes onder de hoed en daarna draait de tol op zijn steel. En net de andere kant op.

De tippe-top heeft, zoals vaak gebeurt met dit soort gadgets, diverse rentrees gemaakt in de westerse wereld. Die rond 1940 heeft geleid tot grote activiteit onder fysici. Nederlandse fysici, wel te verstaan, de definitieve verklaring van het eigenaardig gedrag van het `tovertolletje' (waarover zelfs Bohr en Pauli zich hebben gebogen) is een Nederlandse prestatie die tussen 1941 en 1952 werd voltooid. Aan het werk zijn de namen verbonden van Fokker, Dresden, Braams, Hugenholtz en Haringx, zij publiceerden in Physica, De Ingenieur en de American Journal of Physics. C.M. Braams kreeg zijn analyse ook opgenomen in Nature (5 juli 1952).

Uiteindelijk blijkt voor een goede beschrijving van het gedrag van zo'n tolletje niet meer nodig dan informatie over zijn bouw en massa, de draaisnelheid, de grootte van de wrijving tussen steunpunt en ondergrond en vooral ook over de mate van slip die er tijdens het draaien optreedt.

Voor het hardgekookte ei geldt hetzelfde. Als het ei draait zonder dat slip optreedt, of draait zonder dat er een noemenswaardige wrijving is met de ondergrond, dan blijft de opstanding uit. De wiskunde van Moffat en Shimomura zal velen te ver gaan, maar desnoods kan men halverwege in de analyse vallen, als al een min of meer expliciet verband is afgeleid tussen de snelheid waarmee het ei overeind komt en de stand van het ei en zijn wrijving met de ondergrond. Het mooie van het werk is dat een formule wordt afgeleid voor meer of minder bolvormige lichamen in het algemeen. Daarmee is te voorspellen of een bepaalde sferoïde überhaupt omhoog kan komen.

Tezijnertijd valt dus misschien eenvoudig uit te rekenen wat het tekort was van de vreemd-symmetrische eieren die het AW-labo voor nader onderzoek in huis haalde. Ze waren met geen stok overeind te krijgen. Uiteindelijk kwam het heil van een stel stenen eieren dat de Amsterdamse stationsbloemenkiosk toevallig in de aanbieding had. De terracotta eieren, die zo te zien hol zijn, waren bepaald niet glad afgewerkt maar hadden nog een overtuigende, klassieke eivorm. Ze stonden binnen de kortste keren op hun punt. Dan weer de ene punt, dan weer de andere.

Dat Moffat en Shimomura niet de enigen zijn die op zoek waren naar het geheim achter het rijzende ei blijkt uit een artikel in de American Journal of Physics van mei 1998 dat bij toeval gevonden werd. De fysici G. Gutiérrez en C. Fehr (en nog een paar) van de Simón Bolívar-universiteit in Venezuela beschrijven er een experimenteel onderzoek aan dezelfde kwestie waarin op zeker moment besloten werd een ei op een dunne laag water te laten draaien. Althans: zo doen zij het voorkomen, hun diepere beweegredenen worden niet helemaal duidelijk.

Wat ze ontdekten was zo aardig dat ze het proefje voortaan als demonstratie gebruiken in de natuurkunde-colleges voor eerstejaars. In voorkomende gevallen vragen ze dan aan de studenten op de eerste rij wat die denken dat er gebeuren zal als ze een ei in een dunne laag water aan het draaien brengen en de studenten zeggen dan altijd dat ze denken: niks of hooguit: dat er een droge plek komt in het waterlaagje, of een draaikolk, en dat is dan allemaal fout. Wat er onstaat is een fontein. Ongelogen, het is van AW-wege geverifieerd.

Het is maar een klein fonteintje, natuurlijk, hij wordt pas goed zichtbaar als het water gekleurd is. Wie een hard ei laat draaien in een plasje wijn rode wijn is al een heel eind. In gedachten ziet men Gustavo Gutiérrez en Carlos Fehr en ook Andrea Calzadilla en Douglas Figueroa doende in Caracas kleurstof door gedestilleerd water te roeren.

Als het ei op zijn punt draait en er is nog wat wijn in de wijnplas over dan zal dat langzaam tegen het ei omhoog klimmen tot het breedste punt van het ei bereikt is. Vandaar wordt het met een boogje teruggeworpen in de plas beneden. De Venezolanen hebben aangetoond dat dit au fond ook logisch is, het komt van de adhesie tussen ei en vocht, en ze berekenden hoe ver van het ei de druppels wel niet op de tafel konden vallen. Verdòmd ver, als je de luchtweerstand verwaarloosde. En het lukt niet alleen met harde eieren, schrijven Gutiérrez, Fehr, Calzadilla en Figueroa, maar ook met allemaal andere ronde dingen, zoals gloeilampen en zo. Ja zelfs met hele flessen gaat het.