Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Fyrverkerifysikk

Godt nyttår!

Hva er det egentlig som skjer når vi fyrer opp raketter? Hvordan ser fyrverkeriet ut inni, og hva er det der oppe i lufta som gir alle de fine effektene?

Jeg vet ikke med deg, men jeg har lurt på dette. Det viser seg at kjemien som skal til for å produsere forskjellige effekter kan være ganske kompleks, men noen grunnprinsipper er ikke så vanskelige å forstå.

1. Oppbygningen

Stort sett ser fyrverkeriet ut som et papprør, eller flere rør, med lunte. Røret fungerer som en kanon. I bunnen av røret ligger en kruttladning, og oppå den ligger kula som skal eksplodere i lufta og lage effekter. Når du tenner på lunta, antennes kruttladningen først. Den produserer masse varm gass som får kula til å presses ut i den eneste mulige retningen, nemlig opp gjennom papprøret og videre opp i lufta. Samtidig gikk flammen videre til en langsommere lunte, som får kula til å antennes i akkurat riktig høyde.

Inne i kula er det en ny kruttladning eller lignende som får kula til å eksplodere, og en eller flere pyrotekniske «stjerner», som er klumper laget av diverse kjemiske stoffer som gir farger, glitring, lyd ogsåvidereogsåvidere. Akkurat dette kunne man lett bruke et helt kjemikurs på, så jeg skal begrense meg til noen hovedsaker.

2. Farger

Hvit og gyllen farge kan man lage ved å varme opp stoffer så mye at de gløder, på samme måte som vi får lys fra trekull eller varm lava. Men de klare fargene, som rød, grønn og blå, kommer på en litt kulere måte. Inne i fyrverkeriet er det salter laget av metaller (metallsalt er ikke noe veldig spesielt: NaCl, vanlig bordsalt, er også et metallsalt. Na, natrium, er metallet, og det har dannet et salt sammen med klor.)

Det skjer noe spesielt når disse metallene varmes opp mye. Først begynner atomene bare å bevege masse på seg, men etterhvert blir de så gira at de ytterste elektronene deres klarer å klatre ett trappetrinn lengre vekk fra kjernen. Ut på tur! Kult! Denne lufteturen varer imidlertid ikke så lenge, for de er ganske hjemmekjære, disse elektronene. Når elektronet faller ned et trappetrinn igjen, mister det litt energi. Om jeg faller ned trappa, mister jeg også energi. Det gjør at det sier bang og jeg får vondt. Men når et elektron faller ned, mister det energien sin ved at det sendes ut lys i en bestemt farge. Siden trappetrinnene til forskjellige metaller har litt forskjellig lengde, er fargen fra hvert metall forskjellig. Det er dette vi gjør bruk av i fyrverkeri: Rødt fra strontium, orange fra kalsium, gult fra natrium, grønt fra barium og blått fra kobber. Se etter neste gang, så vil du se at den røde fargen er akkurat den samme røde fargen i hver eksplosjon. Fargeskrinet kan utvides ved å blande forskjellige stoffer, for eksempel strontium og kobber for å få lilla.

3. Plystring

Du vet de skrikerakettene? De som lager en lang plystrelyd som starter med en høy tone og ender med en som er litt lavere. Sånn fungerer de:

Et brennbart stoff er tettpakket nederst i et rør. Det antennes og brenner fra toppen. Brenningen lager varm gass som presses ut av toppen av røret. Dette gir en lyd, som når man spiller på en fløyte.

Etterhvert som stoffet brenner, blir det mer plass i røret. Fløyta blir lengre. Det gir en dypere lyd, og det er derfor tonen glir gradvis nedover.

Det er mye jeg ikke vet om fyrverkeri, så fortell det gjerne i kommentarfeltet om du vet noe mere morsomt om det!


Legg igjen en kommentar

Tenketoget, vitenskap på skinner og snart også på TV

Tidligere i høst var jeg med på noe ganske sprøtt og veldig kult, nemlig en forelesningsrekke for skoleelever fra Elvebakken som ble holdt på toget mellom Oslo og Trondheim. Det hele ble filmet av NRK Skole i samarbeid med en fantastisk gjeng med medie-elever, og i dag dukker det jommen opp på NRK2.

Jeg syntes det var utrolig vanskelig å snakke foran kameraer mens toget kjørte og bråkte, og blir fylt av angst av tanken på å se meg selv på skjermen. Men jeg må allikevel anbefale dere å skru på NRK2 sånn cirka halv ti i kveld (eller gå inn på tv.nrk.no senere) for å se foredragene til Gaute Einevoll, Kaja Nordengen, Anders Kvellestad og resten av denne fantastiske gjengen som jeg fikk kjøre tog med. Tema: Mennesket, naturen, fortid, fremtid, hvem er vi, hva vet vi egentlig, og hvordan vet vi det. Så det burde passe bra for å koble av fra julemaset en liten stund.0MAbKaht0rior6rGh7CbgwybcsZXD11QixpwhujEMOUw


1 kommentar

Marengsfysikk

Det er på tide med litt kjøkkenvitenskap. Er det egentlig noen som lager marengs til jul? Uansett så fikk jeg lyst til å skrive om hva som skjer med disse eggehvitene når de bankes opp og stekes.

Eggehvite består av proteiner, det vet vi. Egentlig består de stort sett av eggehviter og vann. Proteiner er lange molekyler, omtrent som perlekjeder laget av aminosyrer. Utsiden av disse aminosyre-perlene er sånn at noen områder elsker å være i kontakt med vann, og noen ikke kan fordra det. Inne i egget som kommer ut fra høna ligger hvert protein krøllet sammen med de vannelskende områdene ytterst og de vannhatende områdene godt gjemt inne i midten. Siden hvert protein er krøllet sammen til en ball, er det lett for proteinene å skli forbi hverandre. Derfor er eggehviten flytende.

Så skiller vi hviten fra plommen (det er gøy) og følger oppskriften der det står «pisk hvitene stive». Når vi rører kraftig i eggehviten skjer det to ting: Vi strekker på proteinballene, og vi blander ørsmå luftbobler inn i vannet.

Når et protein blir strukket ut i vann blir det skikkelig misfornøyd. Alle de vannhatende områdene higer etter å legge seg inntil noe som ikke er vann. Dette kan løses med å finne et annet utstrukket protein å koble seg sammen med. Men når det finnes luftbobler i røra, går det også an å krølle seg rundt en av dem. Ahh – så mye bedre. Etterhvert som du rører, består ikke eggehviten av vann med proteinballer i lengre. Den forandrer seg til et nettverk av luftbobler og proteinkjeder som er koblet sammen med hverandre. Da sklir ikke ting så lett forbi hverandre lengre, og du har pisket hvitene stive, rett og slett.

Så rører man inn sukker og eventuelt andre gode ting (forsiktig, så ikke protein-luft-strukturen blir ødelagt), legger det på et brett og setter det i ovnen. Når den piskede eggehviten blir varm utvider alle de fangede luftboblene seg littegrann slik at strukturen vokser. Men enda viktigere er det at vannet i eggehviten fordamper. Dampen kan ganske lett komme seg inn i luftboblene, mens det er vanskeligere å komme seg ut i lufta i stekeovnen. Derfor blir luftboblene fylt av masse damp og vokser og blir skikkelig store, og proteinstrukturen tørker og blir hard i denne formen.

Ta brettet ut av ovnen, og voilà – marengs.

8141226774_bc3279fb03_o

Bilde: Receta no44/Flickr/CC license

En vanskeligere fetter av marengsen er suffléen. Her er de piskede eggehvitene blandet med masse andre godsaker, slik at det fort kan skje at det hele kollapser.

For en stund siden fikk vi et foredrag på jobben om matvitenskap, eller molekylær gastronomi, som kanskje er en slags nerde-versjon av emnet, av Erik Fooladi ved Høgskulen i Volda. Da lærte jeg noe nytt om sufflé som jeg gjerne vil bringe videre:

Et husmortriks sier er at når du tar suffléen ut av ovnen skal du ikke sette den forsiktig ned på benken, men du skal slippe den ned fra 20 (?) centimeters høyde. Det høres skummelt ut, men virker det? Visstnok, ja. Her er forklaringen: Suffléen holdes oppe av masse små luftbobler. Når den avkjøles, krymper luften inne i alle boblene. Dette skaper et undertrykk og suffléen suges sammen og blir flat og kjip (jeg kan skrive under på at dette kan skje). Men: Om du først har gitt suffléen en trøkk, har det oppstått mange mikroskopiske sprekker i strukturen. Når luften avkjøles er det mulig for luft fra utsiden å strømme inn i boblene, slik at det aldri blir skikkelig undertrykk. Og da holder suffléen seg fin og stor.

Jeg har ikke prøvd selv, for det er skjelden jeg finner på noen grunn  til å lage sufflé. Har du noen erfaring med dette, så si gjerne fra!


5 kommentarer

Hva hvis? Nerd på norsk.

Jeg har hørt at damer som skriver blogg kan få tilsendt gratis sminke og sånn. Det gjør ikke jeg! Merkelig nok. Men her for en stund siden fikk jeg faktisk en hyggelig mail med spørsmål om jeg kanskje muligens kunne godta å få tilsendt noe gratis. Det ble jeg litt skeptisk til, helt til jeg så hva det var: Bok!

Morgenstund med fin bok.

Morgenstund med fin bok.

Denne boka hadde jeg nemlig sett før, dog ikke på norsk. En gang jeg deltok på Abels Tårn hadde paneldeltaker Amir Hammami med seg denne boka, storfornøyd fordi den inneholdt svaret på spørsmålet han var blitt stilt, og han snakket veldig varmt om den.

Så jeg sa JATAKK! og fikk boka i posten, og siden det har jeg kost meg med å lese svarene på ting som «Finnes det nok energi til å flytte verdens nåværende befolkning vekk fra overflaten?» (kanskje, men vi ville nok ødelegge planeten vår i prosessen) og «Hva ville skjedd hvis alle på jorden stod så tett de kunne og hoppet, og alle landet på bakken samtidig?» (hoppingen gjør ingenting, men det ville bli et svare strev å få folk tilbake på plass etterpå og sannsynligvis ville de fleste sivilisasjoner gå under).

Som seg hør og bør når jeg har fått noe gratis kommer nå litt REKLAME (nå er dere advart):

Det som er bra med denne boka er nemlig at forfatteren er mindre lat enn meg. Noen ganger har jeg vært på Abels Tårn for å svare på spørsmål av typen «kan vi lage en evighetsmaskin hvis vi gjør sånn og sånn og sånn» eller «hvor fort må vi flakse med armene for å fly», og så har jeg svart

NEI, DET GÅR IKKE. FOR SÅNN ER FYSIKKENS LOVER.

Da blir programleder litt skuffet, folk sender lange oppfølgingspørsmål og pappa klager på at jeg oppfører meg arrogant.

Men han fyren her (som forresten også har en veldig kul nerde-tegneserie på nett), han regner ut alt. Og litt til. Det er veldig morsomt (om man er av typen som synes sånt er morsomt, du vet vel allerede om du er det eller ikke) og man kan også ende opp med å lære nye ting.

For eksempel: På spørsmålet «Hvis alle mennesker på jorden siktet med en laserpeker på månen samtidig, ville den skifte farge?» ville jeg være fristet til å svare NEI. Men nå vet jeg at om man dekket Asia med megawatt-lasere (sånne har blitt utviklet av det amerikanske forsvarsdepartementet for å ødelegge raketter i luften, men jeg tror ikke de kom helt i mål) så ville man ha klart å lyse opp hele månen. Og jeg har svaret på ha slags lasere vi måtte ha brukt for å fordampe hele månen (men jeg sier det ikke, bæda).

Altså: Løp og kjøp (takk for bok, send gjerne fler).


2 kommentarer

Lukten av regn

Det har regnet litt for mye de siste dagene, men du vet hva jeg mener: Lukten som oppstår etter en ettermiddagsskur på en ellers solfylt dag. Det lukter sommer og varm asfalt. Kan dette forklares vitenskapelig?[/caption]

Nyheten dukket opp en dag i januar, men jeg ville spare historien til det ble sommer. Nå passer det bra.

Eksperimentet er nydelig, av den typen som alltid gir meg lyst til å jobbe med dråper og høyhastighetskameraer. To forskere ved MIT har sluppet vanndråper ned på tørre overflater som ikke er helt glatte, men er fulle av ørsmå hull eller porer, sånn som jord er. I studiet har de brukt både tørr jord og enklere porøse materialer.

Når dråpen treffer overflaten, er det en del luft som ikke rekker å unnslippe til sidene. Den blir fanget under dråpen, der den deler seg opp i flere små bobler. Boblene sitter fast i underlaget. Når vannet i dråpen trenger nedover i jorda, presses luft opp fra jorda til boblene, slik at disse vokser. I mellomtiden kommer overflaten på dråpen lengre og lengre ned, siden vannet forsvinner ned i underlaget. Når toppen av en boble er på høyde med overflaten av dråpen, sprekker boblen, og på samme måte som mye energi frigjøres når en ballong sprekker (BANG!) så fører boblesprekkingen til at ørsmå vanndråper slynges opp i lufta. Disse dråpene er så små at de ikke faller ned, men blir hengende i lufta.

Disse bittesmå vanndråpene består ikke bare av det vannet som falt ned på jorda i utgangspunktet. Luktstoffer som svevde rundt i lufta inne i jorda kan klistre seg fast på vanndråpene og bli med dem på ferden. Når du får en eller flere av disse mikrodråpene i nesa, merker du tilstedeværelsen av oljen petrichor, som lukter som regn på en solvarm bakke.

I artikkelen sin påpeker MIT-forskerne at denne prosessen, der regn får materiale fra bakken til å bli slynget opp i lufta, der det blir hengende en god stund, også kan få virus til å spre seg i lufta (ikke så hyggelig). Det har frem til nå ikke vært så lett å forklare hvorfor man ofte finner slike aerosoler, altså små partikler i atmosfæren, som inneholder mikroorganismer eller andre saker som hører til i jorda. Nå viser det seg at disse kan ha bli dannet i regnvær.

Forskerne jobbet seg systematisk gjennom en rekke forskjellige overflater og dråpehastigheter, og konkluderte med at aerosoler kan dannes i «lett til moderat regnvær» på jord som er mer finkornet enn sand og dessuten ganske hardpakket. MIT har laget en fin film om eksperimentet, bare se her:


3 kommentarer

Elektrisitet fra fottrinn

I dag kom jeg over en nyhet på et sted som jeg trodde formidlet forskningsnyheter, men som jeg nå er blitt betydelig mer skeptisk til. Historien er om et selskap ved navn Pavengen som har lansert et crowdfunding-prosjekt (altså de vil at vanlige folk skal gi dem penger) for å utvikle sitt prosjekt, som er en type fliser som genererer elektrisitet når man går på dem.

Det høres jo flott ut. Gå gjør vi jo uansett, og tenk på all den energien som går til spille hver gang vi tråkker ned. 

Men – stopp opp her. Vi går faktisk ikke rundt og sløser med energi for hvert fotsteg. Når foten settes i bakken virker det en kraft mellom foten og underlaget. Den fører til at foten løftes opp i neste steg.

Om man skal bruke «noe av denne energien» til å generere elektrisitet, så må folk faktisk bruke MER energi i hvert tråkk. Jo mer energi man skal ha ut av hvert steg, desto mer vil det føles som å gå i sand. Tungt.

Pavengen skriver at de er i stand til å generere i gjennomsnitt 7 watt energi per fotsteg. 

Dette høres litt rart ut. Energi måles i joule, ikke watt. Watt er et mål på hvor mye energi man genererer per sekund. De de isåfall mener, får man tro, er at om folk trår kontinuerlig på underlaget i sånn omtrent vanlig gangfrekvens, så blir gjennomsnittlig elektrisitetsgenerasjon 7 joule per sekund.

Er dette rimelig? Etter litt leting på internettet fant jeg heldigvis noen som hadde gjort en skikkelig analyse av problemet. Det viser seg at en øvre grense for hvilken effekt man kan forvente å få ut av en (voksen) person som går, uten at denne personen skal bli så irritert over det myke underlaget at hen begynner å trå på en rar og energisparende måte, er omtrent 13 watt. Dette er mekanisk energi, som man så må konvertere til elektrisitet, og i praksis finnes det ikke noen veldig effektiv måte å gjøre dette på. Det beste folk så ut til å mene at de skulle greie da artikkelen ble skrevet for 10 år siden var 1 watt per sko, som vi kan gange opp til 2 watt per person som går på Pavengens underlag.

Om du går på dette underlaget i en time vil du ha generert 2 watt-timer, som sånn omtrent tilsvarer energien i ett AA-batteri.

Så hva kan vi bruke energien fra dette gåkraftverket til? Det kan være greit å sammenligne med hvor mye effekt, altså hvor mange Watt, en del vanlige elektriske dingser bruker. Her er en oversikt over hvor mange personer som må gå kontinuerlig for å drive en del vanlige apparater, med tall tatt fra denne oversikten:

  • elektrisk klokke: en person
  • stereoanlegg: 12 personer
  • «vanlig» 60 watt lyspære lampe: 30 personer (men «bare» 5 personer for å drive en tilsvarende LED-lampe)
  • kjøleskap: 80 personer
  • støvsuger: 500 personer
  • oppvaskmaskin: 1000 personer

Om premisset er at folk skal bruke muskelkraft til å generere elektrisiteten vi skal bruke, kunne vi muligens ha gjort det mer effektivt? Hva med å plassere en spinningsykkel et sted langs denne gangveien, og be folk ta seg en tråkk på vei til jobb? Siden de da lett ville kunne generere 60 watt, ville de bidra med samme mengde energi til batteriene som på ett minutt som de ville ha gjort med en halvtimes gange.

Vi er nødt til å finne miljøvennlige måter å generere elektrisitet på, det er sant. Men er dette måten å gjøre det på? Nei, nei og atter nei! Dette monner ingen ting.

I følge nyhetssaken har selskapet allerede

installed their flooring under a small soccer pitch, a small walkway at Heathrow airport, Federation Square in Australia and multiple other small venues.

De har altså greid å selge inn konseptet sitt til store og seriøse aktører som kan skryte av at de er miljøvennlige. Og, fantastisk nok sier de at de har

 designs worked out for systems able to generate megawatts of power—entranceways to office buildings come to mind, or larger parts of airports—anywhere a lot of people walk over long periods of time.

Megawatt – det er altså millioner av watt. Om hver person genererer 2 watt, kan du selvfølgelig generere en milllion watt av en halv million mennesker. Men det var da fryktelig mange. 

Dette minner litt om saken om «Grønt Norge», der Waleed Ahmed og Flemming Bordoy lurte til seg massevis av penger ved å påstå at de hadde funnet opp en solcelledrevet iPhone-lader som kunne lade under vanlig innelys. Du skal ikke ha så veldig mye fysikkutdannelse før du forstår at dette er tull, men de greide allikevel å drive det langt.

Om du hører at din kommune eller arbeidsplass har tenkt å installere Pavengen-gulv for å være miljøvennlige så er det fint om du sier fra at det er tull.


1 kommentar

Det blir fint på labben!

I september ryddet jeg, En hel lab skulle gjøres klar etter en 15-20 års bruk og settes klar til nye oppgaver. Vegg ble reparert, gammelt støv vasket ut og nå har vi begynt å fylle den opp med leketøy. Det er på tide med en oppdatering.

Hovedpersonen på labben blir en SFA2000, et Surface Forces Apparatus. Selve SFA2000 har enda ikke ankommet fra USA, men siden dette er et instrument det bare finnes noen få av rundt i verden er det ikke bare å bestille en dings og sette den på bordet. Under er noen av delene jeg har kjøpt og satt opp og begynt å teste:

– optisk dempet bord (det blanke) ble hentet fra kjelleren. Sterke karer hjalp til med flyttingen. En annen hjelpsom kar fra verkstedet hjalp meg med å trekke slange fra trykkluftuttaket på veggen for å koble til bordet. Dette må man ha for at ikke eksperimentet skal ødelegges av vibrasjoner.

– Den lille dingsen med rød nese bakerst til høyre på bordet er en lampe som skal gi hvitt og helt stabilt lys.

– Optisk ditt og datt på bordet ligger og venter på ditt og datt som ikke har kommet enda. Da skal jeg montere opp linsene mine og se om jeg klarer å fokusere lyset på riktig sted.

– Den mørkeblå «kassa» oppå et lite bord oppå bordet er et spektrometer, som man bruker til å splitte lyset i alle bølgelengdene sine. På baksiden sitter et veldig fancy kamera som er vannkjølt. Jeg koblet på vannledningene i dag (blå greier som går ned til vannsirkulatoren under det hvite bordet), men den ene koblingen lekker litt fortsatt, og det går jo ikke. Bordet til spektrometeret har verkstedet laget for meg.

– PCen er selvfølgelig kjøpt inn spesielt for formålet med et par spesielle kort i seg. På den ene skjermen kan man se signalet fra spektrometeret. I tillegg kommer jeg til å skrive en del programvare for å kjøre eksperimentet og analysere data.

– labfrakk nonsjalant slengt over stolryggen, såklart.

IMG_3778

Rett ovenfor bordet til SFA-en har vi satt en AFM, som er et Atomic Force Microscope. Den skal vi bruke til å avbilde overflater på nanoskala. Denne har ikke jeg kjøpt, men det var ingen som brukte den, så jeg hentet den opp fra kjelleren. Blytungt betongfundament + steinplate (for å unngå vibrasjoner) fant jeg på en annen lab.

Selve AFM-en er liten og nett (den røde og svarte lille sylinderen), men den har en kontrollboks (hvit greie under benken) som er ganske stor.

IMG_3779

Mikroskop er også fint å ha. Dette fant jeg i 4. etasje, det ble kjøpt til et annet prosjekt for mange år siden og var nå stort sett ubrukt. Her er eksperiment in action (det står IKKE RØR på den grønne lappen, veldig viktig). Kameraet på mikroskopet er programmert til å ta bilder med jevne mellomrom, som man så kan sette sammen til en film.

IMG_3780

Her har vi kjemibenken, med pH-og ioneprobe som er koblet til datamaskin, presis labvekt, et nytt rørestativ og ymse annet stæsj.

Stolen er visst litt skral.

IMG_3781

I dette hjørnet har vi fått inn en LAF, altså en Laminar Airflow Bench. Da den ble levert var jeg ganske engstelig for om den skulle komme seg inn gjennom døren. Det gikk såvidt, men ikke uten at jeg måtte mobilisere folk for å flytte noen enorme skap fra gangen på veldig kort varsel. Nå står den der og går nok ingen steder med det første.

LAF-benken trekker inn luft gjennom et partikkelfilter i toppen og slipper den ned i luftstrøm uten turbulens, slik at ingen støvkorn fra utsiden kan bli trukket inn i arbeidsbenken. Denne skal vi bruke til å jobbe med veldig rene ting, både for å gjøre klar overflater til SFA-eksperimenter, og til å lage mikrofluidikk-celler som brukes på labbene i kjelleren. Den er ikke helt klar ennå, for verkstedet skal montere en spin-coater og en varmeplate med avtrekk i den ene enden.

IMG_3782

Det som er ekstra hyggelig er at det ikke bare er meg på labben lengre. Nå er vi fire stykker som er inn og ut og driver med ymse ting her. Ikke bare er det trivelig med folk, men det gjør jo også at ting blir gjort både fortere og bedre enn om jeg skulle ha drevet med alt helt selv. I morgen kommer en rørlegger som skal legge opp rør til nitrogen. Det er ofte kjekt å kunne blåse litt med nitrogen så det skal vi kunne gjøre fire forskjellige steder i rommet.

Se så fint det blir!

IMG_3783