Ballon, belletje, ei

DE WETENSCHAPSQUIZ bespreken zonder de wetenschapsquiz te hebben gezien, mag dat wel? Het moet maar. Het kan ook, want de vragen en antwoorden van de quiz zijn op internet gezet (www.nwo.nl onder Wetenschapsplein) en de antwoorden zijn aardig inhoudelijk.

Hebben de quizwinnaars terecht hun reis naar Rome gewonnen, daar gaat het om. Het antwoord is: nee, waarschijnlijk niet. In de meeste gevallen waren de `foute' alternatieven absoluut stommer waren dan het `goede' antwoord, maar een paar keer was ook het goede antwoord toch tamelijk raar.

Dat ballonvaarders, zwevend op 100 meter hoogte, het gesprek tussen koeien in de wei beneden wel kunnen horen maar andersom niet komt, volgens de quizcommissie, doordat de koeien last hebben van gesuis van de wind en geritsel van gras. In de ballongondel is het doodstil, want de ballon zweeft net zo snel als de wind waait en in de ballon zelf is dus de wind niet voelbaar.

Dat is waar, maar meestal wordt toch aangenomen dat het de temperatuurgradiënt is die het effect teweeg brengt. Lezer Jan Lodder kwam dat al op kerstochtend melden. Overdag is de temperatuur van de lucht dicht bij het aardoppervlak hoger dan hogerop en in warme lucht reist geluid sneller dan in koele. Daardoor ontstaat een bundelingseffect, een soort lenswerking, die al door Minnaert is beschreven. De suggestie dat deze lenswerking beide richtingen op een zelfde uitwerking zou hebben is kul.

Minnaert geeft in deel twee van zijn `De natuurkunde van `t vrije veld' verschillende voorbeelden van temperatuurinvloeden op de voortplanting van geluid. Bergwandelaars kunnen bij mooi, zonnig weer uitstekend horen wat er beneden in het dal gebeurt, maar dat houdt op zodra een wolk voor de zon schuift. Daaraan valt toe te voegen dat er soorten onweer zijn die geen hoorbare donder opleveren omdat temperatuurgradiënten tussen bliksem en waarnemer de aankomst van het geluid verhinderen. De vraag is wat ballonvaarders die 's nachts en bij heldere hemel, als zich een omgekeerde temperatuurgradiënt (inversie) ontwikkelt, nog horen van de koeien beneden.

Onbevredigend was ook de vraag over het gebruik van kristallen glazen voor het drinken van champagne. Het gewenste antwoord is dat de champagnedrinker het kristal kiest omdat daarin meer, want sneller, koolzuurbelletjes ontstaan. Dat vindt hij leuk.

Maar hoeveel kopers van kristal gaan daarvan uit? De meesten kopen het kristal om de andere speciale eigenschappen van dit glas met een extreem hoog gehalte aan loodoxide: de optische en akoestische. Kristal (`crystal glass' of `lead crystal') heeft vergeleken met gewoon glas een hoge brekingsindex (wat geen bijzonder effect oplevert) en in wetmatige samenhang daarmee een hoge reflectiviteit. Het weerkaatst licht veel meer dan gewoon glas. Het schittert en glanst dus.

Bovendien heeft een leeg kristallen glas een wat mooiere, in ieder geval: andere klank dan een glazen glas. Althans: dat wordt beweerd, er is ook gewoon glas dat mooi klinkt. Bepalend voor de klank is vooral de voortplantingssnelheid van het geluid in het glas en die hangt weer af van het quotient van elasticiteitsmodulus en dichtheid (`soortelijk gewicht'). De dichtheid van het loodhoudende kristal is zeker hoger dan die van gewoon glas, maar hoe het staat met de elasticiteitsmodulus viel nog niet te achterhalen.

De quizcommissie zegt dat er in kristal makkelijker belletjes ontstaan en er bleken inderdaad personen te vinden die daar ook van uitgaan. De geboden wetenschappelijke verklaring schijnt in theorie te kloppen: het loodoxide is erop van invloed. Anderzijds zijn er fabrikanten (zoals het Oostenrijkse Riedel) die opzetelijk in de bodem van hun kristallen champagneglazen een ruw plekje etsen om daar wat meer bellen te laten ontstaan.

Het probleem komt van een recent artikel in Europhysics News (2002, vol.33 no.1) waarin vorming en lot van belletjes in champagne in detail wordt behandeld. Ook aan de hand van foto's wordt daar aangetoond dat de belletjes niet ontstaan in beschadigingen en onregelmatigheden in het glas maar aan vuil en stof op het glas, meestal cellulose vezeltjes. Kortom: de chemische samensteling van het glas speelt geen enkele rol.

Kan het 's zomers heet genoeg worden om een ei te kunnen bakken op asfalt? De commissie denkt van niet want weliswaar stolt het wit bij 65 graden en `haalt zwart asfalt de 65 graden net, maar zodra het eiwit begint te stollen kan de zon het asfalt niet meer verwarmen'. En dan mislukt het.

De vrees is dat de quizcommissie zich heeft gebaseerd op een meting die werd besproken in het boek `What Einstein told his cook' van Robert Wolke. Wolke wist met zijn stralingsmeter geen asfalt te vinden dat heter werd dan 63 graden. Maar hoe goed heeft hij gezocht? Uit twee richtingen komt extra informatie. Er wordt overwogen (zelfs in Nederland) om energie te gaan onttrekken aan warme asfaltwegen en in dat verband zijn metingen gedaan aan de warmtehuishouding van dat asfalt. Daarop is natuurlijk vooral de zonshoogte en de duur van de zonneschijn van invloed. In een aantal gevallen werden (in Nederland) oppervlakte-temperaturen gevonden van 70 graden Celsius.

In het Amerikaanse Philadelphia heeft men moeite met de koeling van oude huizen die een dak van asfaltpapier hebben. De oppervlaktetemperatuur van die daken kan oplopen tot boven de 180 graden Fahrenheit, dat is 82 graden Celsius (Home Energy Magazine Online, july/august 2001). Een foto toont platte, horizontale daken. Weliswaar ligt Philadelphia tamelijk zuidelijk (40 graden NB) maar de indruk is toch dat het asfalt in Nederland tijdens hittegolven die voldoend vroeg in het jaar vallen wel 75 graden kan worden, genoeg om zelfs het geel van het ei te laten stollen.

Het probleem van de vallende dominostenen was onvoldoende gedefinieerd (hoe ver is `ver uit elkaar' en hoe hard is een `zetje' ) en dat was misschien bepalend voor de uitslag. En wat die prinsen op hun paard betreft: waarom zou een zwart paard warmer zijn dan een wit paard als de zon niet schijnt?