Anja Røyne

Fysiker

Månedlig arkiv: april 2013


av 5 kommentarer

Dykkersyke i trær

I går nevnte jeg så vidt at vann koker ved lavere temperatur når man er høyt oppe på fjellet.

Vannet koker lettere fordi trykket er lavere der oppe. Man har rett og slett en mindre mengde med luft å bære på når man har beveget seg et stykke opp gjennom atmosfæren. Når trykket er lavt er det lettere for molekylene å frigjøre seg fra hverandre og ta steget over i gassfasen.

Dette har faktisk ganske mye med trær å gjøre!

Et tre består på en måte av mange små sugerør ved siden av hverandre, som alle er fylt med vann. Siden det hele tiden fordamper noe vann fra bladene, strømmer det vann fra røttene og helt opp til de høyeste grenene.

Disse redwoodtrærne kan bli over 100 meter høye, og greier allikevel å dra vann helt opp til de øverste bladene sine.

Disse redwoodtrærne kan bli over 100 meter høye, og greier allikevel å dra vann helt opp til de øverste bladene sine.

Inne i hvert av sugerørene synker trykket jo lengre opp i treet man kommer. Vann er såpass tungt at 10 meter med vann gir det samme trykket som hele atmosfæren. Det er derfor vi ganske fort kan merke at trykket blir stort når vi dykker.

10 meter opp i treet er altså trykket «en atmosfære» mindre enn det var nede ved bakken.

En atmosfære minus en atmosfære blir…

null!

Null trykk? Høres ganske rart ut. Og om du er et redwoodtre har du kanskje fortsatt 90 meter igjen! Da fortsetter vi oppover i treet og får minus en… minus to… …. minus ni atmosfærer!

I en væske kan vi kan se for oss at molekylene holder hender med hverandre, i akkurat den avstanden til hverandre som de liker best. De danser rundt og bytter partner i blant, men liker ikke å være for langt borte fra vennene sine. Når vi senker trykket tar vi tak i molekylene og drar dem fra hverandre. De holder hverandre fortsatt i hendene men de må strekke veldig på armene sine for å klare det, så de har det ganske ubehagelig.

Om de hadde hatt plass skulle de for lenge siden bare ha sluppet hverandre og svirret rundt i gasstilstand. Men inne i sugerøret i treet får de ikke plass! De er klemt inne mellom de stive celleveggene i treet og klarer ikke lage nok plass til en gassboble.

Dette er bra for treet, for om det oppstår en boble midt inne i sugerøret så greier ikke treet lengre å bruke det røret til å suge vann med. Noen ganger skjer det, og da kalles det embolisme – dykkersyke. Det er nemlig noe av det samme som kan skje når trykket i blodet synker veldig fort hos dykkere som er på vei til overflaten.

Embolisme er ikke bra for trær. Derfor er det mange forskere som prøver å forstå mer om hvordan embolisme oppstår. En av metodene de bruker er å sette mikrofoner på trær og høre det lille poppet som kommer hver gang en boble oppstår inne i treet. De kan også lage negativt trykk inne i små trebiter ved å kjøre dem i sentrifuge, og så finne ut hvor dårlig sugererørene dungerer etterpå ved å måle hvor vanskelig det er å dytte vann gjennom trebiten.


av 10 kommentarer

Det bruser i kaffekjelen min

Babyen sovnet (ja jeg har mammapermisjon for tiden), og jeg gikk sporenstreks på kjøkkenet for å lage meg en kopp kaffe før jeg skulle sette meg ned og jobbe.

Da jeg stod der og ventet på at kaffekjelen skulle lage akkurat den lyden som forteller at vannet er passe varmt, tenkte jeg

nå kunne det jo passe fint å skrive litt om underkjølt koking.

Ja! Vi kjenner vel alle det: Man skrur på kjelen eller vannkokeren. Først skjer det ingen ting, så begynner det å bruse, og til slutt koker det skikkelig. Brusefasen er det vi kan kalle underkjølt koking.

Vann koker som kjent ved 100 grader Celsius (om du ikke er alt for høyt til fjells). Det som skjer da er at vannmolekylene har fått så mye fart på seg at de ikke orker å bry seg om nabomolekylene sine lengre. De vil fyke omkring for seg selv, og da trenger de mye mer plass. Det flytende vannet går over til gass, altså vanndamp.

Når vi skal koke opp vannet, så varmer vi opp kjelen. Eller varmeelementet i vannkokeren. Så går varmen videre fra denne metallflaten og over i vannet der vi vil ha den. Den eneste måten vi kan få varme til å flytte på seg er å få den til å trille nedoverbakke – altså strømme fra et sted med høy temperatur, til et sted med lavere temperatur. Derfor må det være sånn at varmeelementet er varmere enn vannet. Det blir da også sånn at vannet som er like inntil varmeelementet er varmere enn vannet litt lengre unna. I mitt tilfelle: Vannet på bunn er varmere enn vannet lengre opp i kjelen.

Så stiger varmt vann opp, kaldt vann detter ned, og varmen flyttes fra høy til lav temperatur sånn at alt vannet blir varmere og varmere. Vannet som blir 100 grader først, kommer opp i den temperaturen når det ligger helt nederst i kjelen.

Da skal vannet bli til gass. Men det er ikke gjort uten videre! For at vannet nederst i kjelen skal få lov til å bli til vanndamp må man nemlig også danne en overflate mellom damp og vann. Nå er det nesten alltid sånn at atomer og molekyler ikke liker å være en del av en overflate. De vil aller helst være omringet av sine brødre og søstre inne i gassen eller væsken. Derfor krever det littegrann ekstra varme for å danne en boble. Boblen oppstår når den totale gleden til vannmolekylene som har fått lov til å bli gass inne i boblen er større en den totale misnøyen til dem som må sitte ytterst og være overflate.

Inne i den nye boblen har hvert molekyl mye mer plass enn i vannet rundt. Dette gir den oppdrift og den begynner å stige oppover.

Men hva skjer når den har kommet et stykke oppover i vannet? Her er det ikke så varmt lengre! Det var jo bare nederst i kjelen vi hadde rukket å komme over 100 grader. På et eller annet tidspunkt blir det kaldt og ikke så attraktivt å være gass allikevel.

Popp – boblen sprekker. Lyden av mange bobler som sprekker blir til brusing i kaffekjelen.

Når alt vannet har rukket å bli så varmt at boblene kommer seg helt opp uten å sprekke, koker vannet på ordentlig.

Grunnen til at det kalles underkjølt koking er selvfølgelig det at du har koking nederst i kaffekjelen selv du ikke ville ha lest av 100 grader om du hadde stukket et termometer ned i kjelen.

Kaffekjele og ferdig kaffe. Den ble dessverre drukket opp i løpet av blogginnlegget. Nå har jeg ikke kaffe til dataanalysen. Søren heller.

Kaffekjele og ferdig kaffe. Den ble dessverre drukket opp i løpet av blogginnlegget. Nå har jeg ikke kaffe til dataanalysen. Søren heller.


av 1 kommentar

Forvitring: Hvordan lage runde kampesteiner av hardt fjell

Noe av det jeg har gjort i løpet av doktorgraden min er å studere hvordan stein forvitrer.

Spennende! Det er sant!

Spesielt når man kan reise på feltarbeid i Sør-Afrika. Dette er et av mange steder i verden hvor man kan studere sfæroidalforvitring, også kalt løkforvitring:

Her ser vi min veileder Bjørn som går løs på forvitret stein med geologhammer.

Her ser vi min veileder Bjørn som går løs på forvitret stein med geologhammer.

Det du trenger for å lage runde steiner av hardt fjell er:

1. Mye tid. Det har man stort sett i geologien, så vi bryr oss ikke mer om den ingrediensen.

2. En eller flere bestanddeler i steinen som er sånn at de helst skulle ha tatt litt mer plass, om de fikk sjansen, når de er på jordoverflaten.

3. Vann. Vann er alltid kjempeviktig. Vann er fantastisk. Ingenting fungerer uten vann. I dette tilfellet er det vannet som gjør det mulig for de frustrerte mineralene i steinen å reagere og utvide seg.

Vannet kommer inn i steinen gjennom ørsmå sprekker og åpninger. Det går greit siden vi har så god tid på oss. Når mineralene begynner å reagere med vannet og ta mer plass, utvider steinen seg. Men det er det jo egentlig ikke plass til! Stein er ikke særlig mykt. Den har det ikke med å bøye seg unna om noe inni den plutselig trenger mer plass. Derfor bygger det seg opp store spenninger i steinen, og så….

sprekker den! Det ytterste laget av steinen, der vannet har greid å komme inn og reagere, sprekker av som et løkskall. Så kan vannet krype inn på undersiden av løkskallet og jobbe med neste lag av steinen, helt til det samme skjer en gang til.

Litt etter litt blir steinblokken mindre og mindre og rundere og rundere.

Det vi la merke til i Sør-Afrika, som ingen riktig hadde lagt merke til før oss, var at denne avskallingen ikke er det eneste som skjer. Noen ganger knekker steinblokken tvers over på midten og så har man to løker istedenfor en.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.[/caption]

Da vi kom hjem til Norge måtte vi tenke lenge på hvordan det ble sånn at steinene knakk på midten. Da vi trodde vi forstod det, prøvde vi å få det samme til å skje på datamaskinen. Det gjorde det. Godt tegn.

Her ser vi forvitring av en firkantet, blå stein på datamaskinen. Den sprekker og sprekker, og til slutt er det nesten ingenting igjen.

Her ser vi forvitring av en firkantet, blå stein på datamaskinen. Den sprekker og sprekker, og til slutt er det nesten ingenting igjen.


av Legg igjen en kommentar

Når jeg består av nesten bare tomrom, hva er det jeg kjenner når jeg dytter på noe med fingeren min?

Jeg kan huske at etter å ha lært om atomkjerner og elektroner så lurte jeg veldig på dette. Elektronene er jo bare som noen forsvinnende små prikker som svirrer rundt en atomkjerne langt, langt borte. Om vi kunne krympe til elementærpartikkel-størrelse og reist inn i et fast stoff ville vi nesten ikke ha sett noen ting. Allikevel er altså ting veldig så harde og følbare.

Og så er det ganske kult da, at 20? 25? år senere, har jeg vært og jobbet hos en professor (jeg skal fortelle mer om selve forskningsoppholdet senere) som har viet livet sitt til akkurat dette: å måle krefter mellom overflater. Han har også skrevet en av de beste bøkene om temaet.

Selvfølgelig er det elektronene og atomkjernene som gjør at ting er harde – hva skulle det ellers ha vært? Som vi har lært på skolen så er elektronene negativt ladet og kjernen er positiv. Kjernen sitter i midten som en litt kjedelig klump, mens elektronene har ganske mye frihet til å svirre omkring. Noen ganger, for eksempel i vannmolekylet, har elektronene en tendens til å klumpe seg sammen litt på siden av molekylet sånn at det er mer negativt på den ene siden og mer positivt på den andre siden. Andre ganger er et molekyl så glad i elektroner at det stjeler ett eller flere fra et annet, sånn at man ender opp med noen positivt ladde og noen negativt ladde molekyler.

Når man så prøver å dytte to flater sammen, så begynner ladningene på overflatene, og i det som måtte befinne seg imellom (vann, eller kanskje svette på fingeren) å påvirke hverandre. Veldig nær en overflate pleier molekyler å være litt mer organiserte enn det de vanligvis er når de er en del av en væske eller en gass. Når de er i nærheten av to overflater, istedenfor bare en, blir de nødt til å reorganisere seg. Denne reorganiseringen blir til en kraft mellom overflatene – de dytter eller drar på hverandre – som vi kan måle, eller kjenne. Om man dytter veldig hardt, kan molekylene komme så nær hverandre at kraften mellom de negative elektronene i nabomolekyler blir stor. Litt som når man prøver å sette sammen to briotogvogner og har snudd den ene feil vei: de dytter på hverandre før de faktisk er i kontakt.

Og sånn er det altså at flater kjennes harde ut.


av 2 kommentarer

hvorfor jeg jobber

Min sønn (6 år) gav meg en maskin. Den kunne lage alt, inkludert penger.

«Da trenger jeg jo aldri å jobbe igjen», sa jeg.

«Men mamma, da kan du jo ikke lære deg alt det du trenger å vite når vi vil ha svar på vanskelige spørsmål.»

Så sant! Det er jo akkurat derfor jeg jobber. Om det var penger jeg var ute etter skulle jeg jommen ha valgt et annet sted å være. Nå får jeg nok penger til alt jeg trenger, og bruker dagen på finne svar på vanskelige spørsmål. Som plommen i egget.


av 4 kommentarer

jeg har begått en blogg!

Som forsker, og attpåtil som fysiker, får jeg ofte spørsmål om hva det egentlig er jeg driver med. Saken er jo den at jeg har det utrolig morsomt på jobb, men det er ikke alltid så lett å vite hvor jeg skal begynne å forklare. Denne bloggen har jeg tenkt å bruke til å fortelle litt om det morsomme og fascinerende som skjer i min forskning og i forskningen til mine fantastiske kolleger, om fabelaktig forskning fra tidligere tider og om noen fysikkbetraktninger fra hverdagen.

Siden dette er en personlig og subjektiv blogg, har jeg ikke tenkt å være så nøye med referanser, presise definisjoner og annet som pleier å være veldig viktig når man skriver om fag. Målet er å skrive sånn at det blir både forståelig for venner og andre som ikke har realfagsbakgrunn. God trening for meg, og forhåpentligvis blir noe av det interessant for andre også!

Selvfølgelig blir jeg veldig glad om noen vil legge igjen en kommentar i blant, kanskje for å si fra om noe som er helt uforståelig, eller for å be meg skrive mer om ett tema, eller komme med andre forslag.