Woordloos waarnemen

DE `HYDRAULIC jump' heeft hier nooit serieuze aandacht gehad. Iedereen kent de hydraulic jump uit eigen waarneming en vooral kinderen kunnen erdoor gefascineerd raken, maar niemand spreekt erover. Dat komt omdat er geen Nederlands woord voor is.

Zet een lege afwasteil onder de keukenkraan en draai de kraan open. Zie hoe de teil snel volloopt, maar dat in het midden, onder de kraan, lange tijd een plek praktisch droog blijft. Een cirkelronde plek waar het al gearriveerde water stelselmatig door het arriverende water wordt weggeblazen. Dit is de `hydraulic jump'. Althans in het gangbaar spraakgebruik. De `jump' is het opstapje van het ene waterniveau naar het andere.

Binnen de hydraulic jump wordt de teilbodem met water drooggespoten, leuker is het niet te zeggen. Kinderen steken vroeg of laat hun vinger in de cirkel om te zien of er echt geen water is, want zij begrijpen dat hier iets niet voor de hand ligt. Bij het uitschenken van stroperige stroop, olie of shampoo zal niet gauw hetzelfde gebeuren. Integendeel, daar hoopt de vloeistof zich zonder mankeren midden onder de schenktuit op. Men voelt dus wel aan dat de stroperigheid (viscositeit) van de vloeistoffen doorslaggevend is in het evenwicht tussen toestromen en wegstromen. In de eerste plaats wordt het beeld natuurlijk bepaald door de aanvoersnelheid (het debiet) van de vallende vloeistof.

Lord Rayleigh was in 1913 de eerste die probeerde de diameter van de hydraulic jump te berekenen voor `ideale' (niet-visceuze) vloeistoffen. Later is het werk door anderen uitgebreid naar reëlere vloeistoffen en tegenwoordig kan men voor willekeurige vloeistoffen op voorhand een aardige schatting maken van de te verwachten cirkeldiameter. De voorspellingen zijn het best voor situaties waarin de cirkeldiameter heel groot is ten opzichte van de diepte van de perifere vloeistof. Dus in het begin.

De zoekterm `hydraulic jump' levert op internet toegang tot mooie foto's en veel serieuze informatie, waaronder artikelen uit het gezaghebbende Journal of Fluid Mechanics. Vorig jaar verscheen een studie van Bush en Aristoff naar de mogelijke invloed van de oppervlaktespanning op de cirkeldiameter. De ontwikkelde theorie werd getoetst aan de hand van proefjes met water-glycerol-mengsels en de uitkomst was bevredigend. De buitenstaander leidt uit de resultaten in de eerste plaats af dat in de vloeistofmechanica een vloeistof al goed gedefinieerd is met alleen zijn dichtheid, viscositeit en oppervlaktespanning (en soms zijn snelheid). Dat komt te pas bij eigen experimenten.

Er is nog een ander mooi effect in gootsteen of afwasteil op te roepen waarvoor geen Nederlandse uitdrukking bestaat. Geprobeerd is het hier op de foto zichtbaar te maken. Weer is het een eenvoudige proef. De getoonde afwasteil was gevuld met koel helder water en daarna licht bepoederd met maïzena. Daarna liet een mede-laborant één druppel afwasmiddel van een bekend merk op het bepoederde oppervlak vallen.

Het effect was sensationeel: binnen een fractie van een seconde schoot al het poeder naar de rand van de teil en dat gebeurde met zoveel geweld dat het er spontaan zonk. De proef lukt ook goed met aardappelmeel of talk en zelfs met lucifers. Poeders en lucifers spelen geen actieve rol in het fenomeen, ze maken alleen de opgewekte stroming zichtbaar. Wie goed kijkt ziet dat zepen (detergentia) ook in onbepoederd water een felle stroming opwekken.

Achteraf wil niet meer te binnen schieten wanneer men dit verschijnsel gewoonlijk te zien krijgt. Misschien op het moment dat aan vuil afwaswater nog wat extra Dreft wordt toegevoegd? Buitenlui melden dat zij het vooral kennen van het tandenpoetsen in de vrije natuur. Spugen zij de uitgewerkte poets vanaf boot of schip in het omringende oppervlaktewater dan verspreidt het schuim zich altijd in een razende vaart.

In het Engels wordt het effect wel aangeduid met `surface divergence', maar heel veel bruikbaars levert dat op internet niet op. Het begrip dook in deze betekenis - er zijn ook andere betekenissen - voor het eerst op in een studie naar de voortbeweging van schaatsenrijdertjes over water. Daarbij was gebruik gemaakt van de kleurstof thymol blauw die iets vergelijkbaars teweeg brengt.

De literatuur plaatst het verschijnsel onder de Marangoni-effecten: stromingen die het gevolg zijn van verschillen in oppervlaktespanning binnen één vloeistofoppervlak. Het bekendste voorbeeld daarvan is het `huilen' van jenever, port en wijn. Dat vertoon van stil verdriet, waarbij voortdurend `tranen' van de glasrand naar beneden zakken, wordt opgewekt door veranderingen in oppervlaktespanning die het gevolg zijn van alcohol-verdamping.

Ook de `soap boat', in zijn meest eenvoudige uitvoering een houten tandenstoker waarvan één uiteinde met zeep is ingesmeerd, dankt zijn voortstuwing aan de gradiënt in oppervlaktespanning die de zeep tussen voor- en achterkant van het schip in stand houdt. Waarschijnlijk is `Marangoni-flow' ook de verklaring voor de bewegingen van een stukje kamfer dat op water is gebracht. Minnaert interpreteerde het nog als een Newtoniaans geval van actie en reactie dat door het verdampen van de kamfer werd veroorzaakt. Het is niet moeilijk uitsluitsel te krijgen.

Voor de laatste woordloze waarneming kijken we in een emmer heet sop die staat af te koelen. Geen sop van een vloeibaar vaatwasmiddel, maar van een waspoeder dat in `suspensie' gaat en dus een heel troebele vloeistof vormt. Als het laatste schuim is verdwenen wordt in de bovenste centimeters van de vloeistof zonder uitzondering een ruwe, beweeglijke honingraatstructuur zichtbaar. Door het sop lopen heldere, hoekige kanalen die bij opvallend licht donker lijken maar juist mooi oplichten als men met een felle lantaarn door de wand van de plastic emmer schijnt. Daarbij wordt ook zichtbaar dat de kanalen alleen in de bovenste waterlaag voorkomen. De structuren verdwijnen als het sop is afgekoeld. Bénard-cellen, suggereert de kenner. Misschien.