Anja Røyne

Fysiker

Stikkordarkiv: hverdagsfysikk


av Legg igjen en kommentar

Glass som knuser og eksploderer

Det har vært stille på bloggen i det siste, fordi kveldene har gått med på å forberede foredraget mitt til Pecha Kucha på torsdag. Men nå som det er overstått, og påskefreden har senket seg, er det på tide å komme tilbake til et spørsmål jeg har fått på Facebook-siden til bloggen:

Hei! 
Jeg har et spørsmål om hvorfor vannglasset mitt knuste i går. 
Jeg vasket komfyren og oppå en av platene stod en tomt glass, og uheldig som jeg var så hadde jeg klart å skru på platen som dette glasset stod på. La merke til at platen ble rød(keramikktopp) og tok glasset av platen med microfiber-klut(tørr)… så gikk det knapt 1min før glasset lå i tusen biter. Hva skjedde når jeg tok glasset fra den varme flaten til en kald?

Hilsen Kjetil

Ja, hvorfor har glass det med å knuse når det forandrer temperatur?

De fleste stoffer har det med å utvide seg når de blir varmere. Når glasset er kaldt, står molekylene ganske rolig inntil hverandre mens de holder hverandre i hendene. (De har vel litt flere hender enn oss. For de lager ikke bare lange rekker, men et stort nettverk). Når glasset varmes opp, får molekylene mer og mer fart på seg. De holder seg fortsatt fast i hverandre, men fordi de lager så mye baluba så blir det mer plass mellom dem. Derfor tar hele glasset mer plass.

Om man varmer opp eller kjøler ned glasset sakte og forsiktig, går det stort sett greit. Men om du setter et varmt glass på en kald overflate, vil molekylene nederst i glasset trekke seg veldig fort mot hverandre. Glasset nederst krymper, mens det øverste ikke har rukket å gjøre det ennå. Det blir som om du skulle klemme veldig, veldig hardt rundt den nederste delen av glasset. Om det finnes en ørende liten defekt et sted, det kan være nok med en nærmest usynlig liten ripe, så kan molekylene akkurat her bli trukket så mye i hver sin retning at de ikke klarer å stå imot. Om de slipper taket, blir det vanskeligere for naboene å holde seg fast i hverandre. Så slipper de taket, og de ved siden av, og de ved siden av, og vips er glasset sprukket.

Men glasset til Kjetil nøyde seg ikke bare med å sprekke. Det gikk i tusen biter. Hvorfor det?

Mye av det glasset vi bruker på kjøkkenet er herdet for å gjøre det mindre enkelt å knuse det. For å herde glass varmer man det opp etter at det er ferdig formet, før det kjøles ned ganske raskt, slik at det ytterste laget av glasset blir kaldt mens innsiden fortsatt er nesten flytende. De kalde atomene i det ytterste laget holder seg godt fast i hverandre. Når innsiden til slutt kjølner, vil de innerste atomene også prøve å komme nærmere hverandre, men de ytterste har allerede stivnet og har ikke så lyst til å flytte på seg. Resultatet blir at atomene inni glasset haler og drar i de ytterste atomene, slik at de blir klemt mot hverandre. Om du gir det herdede glasset et slag, blir de ytterste atomene bare klemt enda mer inntil hverandre. Sånt blir det ikke så lett sprekker av. Men om glasset blir slått hardt nok, eller det får en ripe, får plutselig de innerste atomene en mulighet til å dra naboene sine i den retningen de vil. Alle spenningene i glasset får plutselig en mulighet til å bli frigjort, og vips så ligger glasset der, i tusen knas.

Ekstremversjonen av herdet glass får du om du drypper flytende glass ned i vannet. Det størknede glasset kalles Prins Ruperts dråpe. Fordi glasset var varmt og flytende i midten da utsiden størknet, er det bygget opp ekstremt store spenninger i glasset. Det gjør det nærmest umulig å knuse dråpen ved å slå på den, men du kan få det hele til å eksplodere på en spektakulær måte ved å vrikke litt på «halen» til dråpen. Som et alternativ til påskekrimmen vil jeg anbefale denne videoen, der du kan se det hele i sakte film:


av 2 kommentarer

Frossenfiskfysikk

Jeg ville egentlig skrive om våren, men jeg får det ikke til. Våren er biologiens tid. Hva kan jeg si om knopper, trekkfugler eller følelsen av å løpe på tørre stier uten lue og ullsokker?

Jeg nøyer meg for øyeblikket med å nyte våren, og flytter fokus til dagens middag.

Som mange andre har vi et lager av frosne fiskefilleter i fryseren, som vi bruker til å tilberede den sedvanlige småbarnsfamiliematen. Supertrikset er å ta fisken ut av fryseren og legge den i kjøleskapet om morgenen. Da er den tint og klar til middag, samtidig som man sparer strøm fordi frossenfisken hjelper til med å kjøle ned kjøleskapet. Men, sløve som vi er, hender det ofte at vi må starte middagslagingen med helt frossen fisk.

Triks B er da å legge fisken i kaldt vann, og gjerne la vannet renne for å få det til å gå enda fortere. Varmt vann er fristende men dumt, for da kan man ende opp med fisk som er ferdig tilberedt utenpå og fortsatt frossen inni (jeg har prøvd). Men nok om det. Når jeg tiner fisken i kaldt vann skjer det alltid noe rart.

Først er fisken kald og helt hard.

20140330-210012.jpgEtter å ha ligget en stund i vann er den blitt litt mykere, men den er dekket med et ganske tykt lag med is.

20140330-210030.jpgJeg har altså tint fisken, men laget ny is? Hvorfor i all verden? Vannet som er brukt er jo langt over frysepunktet. Jeg synes dette er like rart hver gang.

Det skyldes selvfølgelig ikke magi, og her er min hypotese for hva som skjer:

1. Fisken kommer fra fryseren, der temperaturen holder ned mot -20 grader. Der er alt vannet inne i fisken frossent.

2. Vannet inne i fisken inneholder mye salt og andre stoffer. Derfor er frysepunktet et godt stykke under null grader, akkurat som isen på veien smelter i kuldegrader når man strør på salt.

3. Når den kalde fisken kommer ned i det forholdsvis varme vannet, kjøler den ned vannet som ligger inntil overflaten. Siden fisken er langt under null grader kan det nærmeste vannet fryse til is.

4. Etterhvert blir fisken varmet opp så mye at den når smeltetemperaturen for vannet inne i fisken. Jeg vet ikke hva det er. La oss si det er minus fem grader. Nå vil temperaturen holde seg på minus fem inne i fisken helt til den er helt tint. Varmen som strømmer til fisken fra vannet omkring blir ikke brukt til å heve temperaturen, men til å smelte saltvann.

5. Rett utenfor fisken strømmer varmen fra det rene vannet of inn til fisken. Temperaturen kryper under null. Vannet på utsiden fryser til is, mens isen på innsiden smelter. Først når fisken er helt tint vil temperaturen inne i fisken komme over null grader, fisken vil slutte å stjele varme fra vannet på utsiden, og isen rundt fisken kan smelte.

Laget med is vil gjøre det vanskelig for varmen å komme seg inn i fisken. Derfor er det et godt triks å la vannet renne. Da vil man hele tiden tilføre nytt varmt vann, og islaget rundt fisken blir ikke så tykt.

Nå fikk jeg litt lyst til å stikke et termometer inn i fisken neste gang jeg skal tine fisk. Eller kanskje noen andre vil prøve? Hva er egentlig frysetemperaturen for laksefilleter?

 

 


av 4 kommentarer

Kveldsmatfysikk og hva det har med snøskred å gjøre

20140319-210454.jpgI familien vår har vi en stor, gjennomsiktig plastboks der vi blander Masse Rosiner Og Annet Snask Müsli med havregryn og andre sunneogkjedelige ingredienser. Når boksen er full spiser storebror gjerne fem porsjoner til kveldsmat, men han velger ofte brødskive med gulost når müsliboksen begynner å tømmes.

Er dette fysikk?

Selvfølgelig.

Om du rister på en boks med partikler (korn, nøtter, legoklosser, steiner eller hva som helst av andre harde ting som ikke klistrer seg fast i hverandre), vil etterhvert de største partiklene havne øverst. I fysikkverdenen kalles dette «The Brazil Nut Effect», fordi paranøttene (Brazil nuts), store som de er, alltid havner øverst i nøtteblandingen. Denne effekten gjør det kjedelig å spise den siste porsjonen i müslipakken, men den har nok større økonomisk betydning i fabrikken der müslien lages, der innholdet i hver pakke helst skal være det samme, og i en del andre industrisammenhenger.

Et fysikkproblem som både er matnyttig og industrirelevant får naturligvis stor oppmerksomhet, og etter kjapt søk i den største artikkeldatabasen i dag fant jeg 69 artikler om «Brazil nut effect» publisert siden 2001. Den siste i januar i år.

Så hva er det som skjer?

Jeg skal gi deg den enkle forklaringen: Når du rister på boksen, hopper først alle kornene litt opp, og så faller alle ned igjen. Når kornene faller ned, har de muligheten til å krype litt lengre ned enn der de startet fra, om det har åpnet seg opp et tomrom med riktig størrelse. Det skal ikke så mye til å få plass til et havregryn, men det er ganske usannsynlig at det åpner seg opp et hull på størrelse med en paranøtt. Derfor kan de små kornene snike seg under de store kornene for hvert rist, og de store kornene blir presset lengre og lengre opp, uten mulighet til å komme seg ned.

Hadde dette vært den fulle og hele forklaringen, så hadde det ikke vært publisert 69 fysikkartikler om dette siden 2001. Om du ønsker å vite mer om saken, kan jeg anbefale deg å lese Jostein Riiser Kristiansens sak om müslifysikk til frokost på kollokvium.no (jeg er altså ikke helt original når jeg skriver dette innlegget), der han går litt dypere inn i forklaringene. Du kan også trykke her for å se at noen har studert dette i «a simulated reduced gravity environment aboard an airplane».

Men hva med snøskredet? Masse partikler som fyker av gårde. Du er i trøbbel om du er en av dem. Hvis du har en stor ballong i sekken din som kan løses ut med en gasspatron, kan du bli så stor at du flyter opp som en paranøtt. Matnyttig og livsnyttig fysikk, intet mindre.


av 6 kommentarer

Knus, knas, knekk

«Ingen mat kan knuse», sa fireåringen i baksetet.

Det virket overbevisende, men jeg syntes ikke hun kunne ha rett sånn helt uten videre.

«Egg kan knuse», sa jeg.

Om man slipper et egg i gulvet, så mener jeg at det vil knuse. Men vanligvis knuser vi vel egentlig ikke egg. Jeg knekker egg når jeg vil ha ut det som er inni.

Vi kom ikke på så mange flere eksempler. «Knekkebrød», foreslo jeg. Men igjen så er det jo knekkebrød, ikke knusebrød. Jeg tror ikke knekkebrødet ville knuse om jeg mistet det i gulvet, men kanskje om jeg kjørte over det med en kontorstol.

Det er tydeligvis en forskjell på det å knuse og det å knekke.

Man kan for eksempel knekke en pinne i to. Det må bety at når noe knekker lages det bare en sprekk. Når noe knuser så går det i tusen knas. Det er ukontrollert og upraktisk i matlagingen.

Noen ting hverken knuser eller knekker, de bare bøyer seg.

Ting reagerer altså ganske så forskjellig på det å bli bøyd eller most eller dratt hardt i. Noen føyer seg og skifter form gradvis. Andre stritter i mot, helt til de plutselig brister med katastrofale følger. Jo mer kraft man må bruke for å få tingen til å endre form, jo mer voldsom blir gjerne reaksjonen. Ting som knuser, som glass, kan stå imot mye.

Kanskje knusetingene bare er for harde til å spises, sånn vanligvis?

«Vann kan knuse», sa passasjeren. «Jasså», sa jeg. «Hvordan da.»

«Hvis man heller det i et glass, og det blir skikkelig kaldt».

Poeng til baksetet. Is knuser omtrent like bra som glass, men er fortsatt greit å spise, siden det smelter i munnen.

Senere kom jeg på at jeg har knust både krumkaker og pepperkakehus, så jeg tror vi må ta opp temaet igjen nærmere jul.

20140312-211731.jpg


av Legg igjen en kommentar

Kakaoeffekten

20140302-104055.jpgDu har sikkert prøvd å lage kakao, eller kanskje kaffe, ved å blande pulver og varmt vann i en kopp. Om du rører ut pulveret med en metallskje og lar den dunker mot siden av koppen mens du rører, kan du noen ganger høre at tonen i dunkelyden stiger mens du rører.

Hvorfor er det sånn?

Dette har selvfølgelig blitt besvart på skikkelig vis av en fysiker. Frank Crawford publiserte en artikkel i 1982 i American Journal of Physics med navnet «The hot chocolate effect». Effekten har også fått sin egen side på engelskspråklig Wikipedia, men ikke på norsk ennå, dessverre.

Kakaomusikk

Koppen med kakao oppfører seg som et musikkinstrument med en bestemt egenfrekvens. Egenfrekvensen til koppen avhenger av hva som er i den, og hvor mye som er i den. Om du dunker på koppen mens du heller vann oppi, vil tonen bli dypere desto fullere koppen blir. På samme måte lager en stor tromme dypere lyd enn en liten tromme, og kontrabassen har mye lengre strenger enn den lyse fiolinen.

Egenfrekvensen avhenger altså av hvor langt lyden må reise, men også av hvor lang tid den bruker på å reise. Om lyden går raskere, blir egenfrekvensen høyere og tonen lysere.

Hva som skjer i koppen

Når du skal lage kakao fra pulver, starter du med å varme opp vann. De fleste gasser liker seg ikke like godt i varmt som i kaldt vann. Det betyr at når du varmer opp vann som har vært kaldt, begynner den oppløste luften i vannet å få lyst til å komme seg ut. For å klare dette, må den lage bobler, og det er ikke gjort i en håndvending. Den vil helst ha noen passende overflater å begynne å  bygge boblene sine på.

Dette får den, først når du heller vannet ned i din ikke helt perfekt glatte kopp, og dernest i massevis når du tilsetter kakaopulveret. Vips blir koppen fylt av ørsmå, glade bobler. Når du rører hjelper du boblene med å finne veien opp til overflaten og over i lufta.

Lydens hastighet i vann og luft

Hva har dette med lyden å gjøre? Lydens hastighet avhenger av hva den må reise gjennom. Lyd er trykkbølger. En forstyrrelse et sted forplanter seg gjennom systemet ved at molekyler dytter på hverandre.

Se for deg en stor idrettsplass som er rigget til for konsert med et kjent band. I begynnelsen står og går folk spredt rundt omkring på plassen. Om en snubler og faller, dytter han kanskje til en annen, som kanskje vakler litt før han treffer en til, og en til… men forstyrrelsen beveger seg ikke spesielt fort. Etterhvert kommer flere folk til, og når konserten er i gang, står tilhørerne trengt tett i tett sammen foran scenen. Når noen faller over hverandre bak, går det en bølge gjennom forsamlingen og de som står forrerst blir ganske raskt dyttet inn mot gjerdet.

Det siste er en lydbølge i vann. Det første er en lydbølge i luft. Lyden går raskere jo tettere og mer ordnet molekylene i stoffet sitter.

Kakaoeffekten

Når koppen nettopp har blitt fylt med varmt vann og pulver, blir lydbølgene bremset av alle de små boblene, noe som gir en lav tone. Etterhvert som boblene stiger opp og forsvinner blir det mindre luft og dermed høyere tone på dunkingen.

Du er forresten ikke nødt til å bruke pulver, det bør klare seg med varmt vann. Men materialet på både koppen og skjeen kan ha noe å si. Om vannet har kokt en stund, eller vært varmt lenge, kan det hende at mye av luften har unsluppet slik at effekten blir mindre. Prøv selv!


av 3 kommentarer

Snø. Magi.

Tenk at vi bor et sted der nedbøren ikke bare kommer i form av regn, men at lufta over oss noen ganger er så kald at vannmolekylene klamrer seg fast i hverandre når de møtes, og danner millioner av fjærlette iskrystaller med overflater som er så flate og små at lyset spres i alle retninger og alt rundt oss blir hvitt.

Tenk at de aller ytterste vannmolekylene ofrer seg for fellesskapet og danner et flytende lag på utsiden av iskrystallen, selv om det egentlig er alt for kaldt, for at resten av krystallen skal slippe å være naken mot vinteren.

Tenk at når to snøfnugg møtes, og is ligger kinn mot kinn, får vannet mellom dem endelig lov til å fryse. Så henger de sammen, og to små har blitt ett litt større.

Tenk at millioner av snøfnugg samles på bakken og forenes til et skjørt, luftig byggverk. Da er de ikke fnugg lengre, men snø.

Om natten kjører løypemaskinen gjennom den stille skogen. Under den blir snøen presset sammen, gamle kontakter brytes, og nye, større, kraftigere dannes. Snøen blir fast og solid.

Neste dag spenner du på deg skiene. På millioner av overflater ofrer vannmolekylene seg for sine venner. Skiene glir på vannet, på snøen. Fort, stille.

IMG_1017


av Legg igjen en kommentar

Er det lurt å kjøre fort når det blåser mye?

Zeichen_117-10.svgEn leser stilte meg følgende spørsmål på Facebook-siden:

En ting jeg har lurt på en stund, men aldri fått godt svar på. Hvis man kjører bil i så mye vind at det tar tak i bilen, gjerne fra siden, lønner det seg da å kjøre raskt eller sakte for å få bedre kontroll på bilen?

Akkurat hvordan en bil oppfører seg i vind avhenger av formen på bilen, dekktypen, temperaturen, underlaget og mye annet. Jeg vil også nødig ta på meg ansvaret for folks trafikksikkerhet. Men jeg tror at jeg er på den sikre siden når jeg sier at det lønner seg å kjøre sakte.

Jeg kommer egentlig ikke på noen argumenter for å kjøre raskt (selv om det helt sikkert finnes noen), men jeg har to argumenter for å kjøre sakte:

1. Du trenger tid

Sett du kjører langs en rett veistrekning, og vinden plutselig blåser deg ut mot midten av veien. Det kommer en trailer i mot. Jo saktere du kjører, jo mer tid har du på deg til å komme deg tilbake på riktig kurs. 

2. Vinden kan gi dårligere veigrep
Har du noen gang kjørt i mye vind og kjent at bilen «løftes» opp? Når tak løsner fra hus i storm, er det ikke fordi vinden griper fatt under takskjegget. Lufttrykket er lavere i luft som beveger seg enn i luft som er i ro (sånn er det bare, og det kalles Bernoullis prinsipp), slik at stormen som blåser over huset suger taket opp. Når du kjører er det lettere for vinden å blåse over bilen enn under den, slik at bilen suges oppover. Selv om bilen ikke letter fra bakken, blir kraften som bilen dytter hjulene ned i bakken med, mindre. Jo mer gummidekkene dyttes ned i asfalten, desto bedre er friksjonen, eller veigrepet. Derfor kan vind som blåser over bilen gi dårligere veigrep, bilen kommer til å kjøre langt før den stopper når du bråbremser for å unngå å kollidere med treet som nettopp har falt over veien. 

Kjør sakte. 

Finnes det egentlig situasjoner der det er tryggest å kjøre fort? Kom gjerne med forslag. 


av 21 kommentarer

Fryser varmtvann fortere enn kaldtvann?

20140108-204445.jpgDu setter to glass med vann inn i fryseren. Til å begynne med er temperaturen i det ene glasset ti grader, og femti grader i det andre. I hvilket glass blir vannet først til is?

Dette høres ut som et dustete spørsmål. Vannet som starter ved femti grader er jo nødt til å passere ti grader før det kan nå null. Når det kommer til ti, er det ti grader varmt vann, akkurat som det andre vannet var da det startet. Det er ingenting som tilsier at vannet som en gang var varmere, skal komme seg fortere fra ti til null enn det andre glasset. Vann er vann. Det kalde vannet fryser vel først?

Mpemba-effekten

Det varme vannet fryser først.

Denne effekten har vært kjent i tusenvis av år. Aristoteles skrev om den 350 før Kristus, det samme gjorde Francis Bacon og René Descartes.

I dag er fenomenet kjent under navnet Mpemba-effekten, og er således et av de få naturfenomener med afrikanskklingende navn. Ernesto Mpemba var en skoleelev i Tanzania som i 1963 oppdaget at melkeblandingen hans ble til iskrem fortere dersom den var varm når han satte den i fryseren. Han ble gjort til latter av lærere og medelever, men fikk, flere år senere, observasjonen sin bekreftet av en universitetsfysiker, Denis Osborne, som besøkte skolen. Denne fysikeren hadde lært at man aldri skulle gjøre narr av elevers spørsmål. Historien og resultatene ble publisert av Mpemba og Osborne i en nydelig artikkel i 1969. Jeg anbefaler alle å lese den.

Sirkulasjonsforklaringen

Man skulle kanskje ikke tro det, men frysing av vann er en komplisert sak. Det er alt for mye som kan varieres: Formen og størrelsen på beholderen, temperaturen på fryseren, luftstrømmene inne i fryseren, mengden av gass og salter som er oppløst i vannet… og lista kan gjøres mye lengre. Det er imidlertid vanskelig å tro at ti grader varmt vann som var femti grader for litt siden, skal være anderledes enn ti grader varmt vann som har vært ti grader lenge. Vann er vann. Derfor er den mest populære forklaringen på Mpemba-effekten basert på forskjellige sirkulasjonsmønstere som oppstår i beholderen med vann.

Når et glass med vann settes inn i fryseren, mister det varme fra sidene, bunnen og toppen. Vannet i midten av glasset holder seg forholdsvis varmt. Kaldt vann er tyngre enn varmt vann. Vann som kjøles ned langs kantene av glasset vil derfor synke ned til bunnen av glasset, mens varmt vann stiger opp. Denne sirkulasjonen gjør nedkjølingen mye raskere enn om vannet hadde ligget helt i ro. I varmt vann blir temperaturforskjellen mellom midten og kantene av glasset større, slik at sirkulasjonen blir raskere. Når den gjennomsnittlige temperaturen i glasset har nådd ti grader, er fortsatt en god del av vannet varmere, og fortsetter å drive de kraftige strømmene. Slik kan vannet i glasset fortsette å kjøles raskere enn det som ble satt inn ved ti grader.

Mpemba utenfor fryseboksen

Det fantes ingen frysebokser på Aristoteles tid, så Mpemba-effekten kan ikke være et rent fryseboksfenomen. Her i Norge har mange fått erfare at det er varmtvannsrørene som fryser først i sprengkulde. Mpemba-effekten får mye oppmerksomhet i USA for tiden, men ikke fordi amerikanerne har blitt veldig opptatt av å sette vann i fryseboksen, men fordi folk går ut i sprengkulda og kaster kokende vann opp i lufta. Vannet blir til en sky av is. Det samme skjer ikke med kaldtvann.

Screenshot 2014-01-08 20.42.55

Når vann fryser i rør, og ikke minst når en vanndråpe blir til is i brøkdelen av et sekund, er det vanskelig å bruke sirkulasjonsmønstrene fra glasset i fryseboksen som forklaring. Er vann – bare vann?

Vannvittig rart

Vannmolekylet består av ett oksygenatom og to små hydrogenatomer som er bundet tett sammen. Hydrogenene og oksygenet ligger ikke pent på linje, men danner en slags V, med oksygenet i bunnen av vinkelen. Dette gjør at vannmolekylet er har negativ ladning på den ene siden og positiv ladning på den andre siden, som igjen gjør at vannmolekyler har en tendens til å klistre seg sammen, hydrogen mot oksygen.

I fjor kom en gruppe kinesiske forskere med en temmelig dristig forklaring på Mpemba-effekten. De mener å ha beregnet at når vann varmes opp og utvides, beveger vannmolekylene seg fra hverandre, men dette får samtidig hydrogenene til å dyttes nærmere oksygenet inne i hvert enkelt molekyl. Den svake bindingen blir lengre, men den sterke blir kortere. Den sterke bindingen er omtrent som en fjær som blir dyttet sammen. Når vannet kjøles ned, må molekylene komme nærmere hverandre igjen. Den komprimerte fjæra inne i molekylet virker da som et slags ekstra batteri som hjelper molekylene til å komme sammen og temperaturen til å gå ned. Det finurlige med denne modellen er at det skal ta ganske lang tid, flere minutter, for disse fjærene å utvides igjen. Derfor er ikke nødvendigvis vannet som var femti grader og har blitt ti akkurat det samme som vannet som startet ved ti grader. Det trenger litt tid på å nå den avslappede vanntilstanden igjen.

Dette var fryktelig vanskelig, så jeg tar det igjen. Ola, Halvor og Odd står på rekke. Ola og Halvor er oksygen og hydrogen i molekyl nummer en, og er sterkt knyttet til hverandre. Odd er oksygenet i molekyl nummer to. Halvor og Odd henger løselig sammen. Når det blir varmt i været, vil Odd og Halvor stå lengre fra hverandre, men spillets regler er sånn at dette gjør at Ola og Halvor blir dyttet nærmere hverandre, mot sin vilje. Når temperaturen går ned igjen, synes Odd og Halvor det er greit å gå litt nærmere hverandre, mens Ola dytter og dytter på Halvor for å få ham nærmere Odd. Det er denne vedvarende dyttingen fra Ola som lar vannet forandre seg raskere når det har vært varmt.

Hva er rett svar?

Vann er både spesielt og viktig, og har blitt tillagt mange ekstraordinære egenskaper opp gjennom årene, som stort sett har vist seg å være feil. Jeg er skeptisk til forklaringen over, men åpen for at den kan ha noe for seg. Det er ikke sikkert at Mpemba-effekten noen gang vil få sin endelige forklaring, og kanskje kan ikke den samme forklaringen brukes på alle situasjonene der effekten oppstår. Det er helt greit.


av Legg igjen en kommentar

Skytterfisk og mannlig urinering

En veldig tynn stråle av vann har en tendens til å brytes opp til en rekke av dråper. Dette fenomenet, som skyldes at vannstrålen vil minimere overflatearealet sitt, kan du se om du prøver å få vannstrålen i springen til å bli så liten som mulig. Nå vil jeg fortelle om hvordandette fenomenet, med det gode navnet Plateau-Rayleigh ustabiliteten, spiller hovedrollen i to av årets mer fascinerende fysikkstudier.

Spyttefisken

Skytterfisken. Bilde: Wikimedia Commons

Skytterfisken. Bilde: Wikimedia Commons

Skytterfisken lever i brakkvannsområder i tropene, der den bruker en ganske spesiell taktikk for å fange mat.

Den svømmer omkring like under vannflaten mens den ser etter insekter som sitter på gress og kvister over vannet. Når den ser et passende bytte, stikker den hodet opp og skyter ut en vannstråle. Vannet treffer insektet, som faller ned og inn i gapet til fisken, som i mellomtiden har plassert seg på riktig sted.

Forskere har undret seg over hvordan den lille fisken har kunnet spytte hardt nok til å få insektene til å falle ned, og nå har de brukt høyhastighetskamera til å finne svaret.

På vei fra fisken til insektet brytes vannstrålen opp i dråper, på grunn av den nevnte ustabiliteten. Da fisken spyttet, økte den trykket på spyttinga mot slutten. Dette gjør at det bakerste vannet går fortere enn det forrerste. Det som nærmer seg insektet er en rekke med dråper, der de bakerste hele tiden tar igjen dråpene foran og gir dem et ekstra dytt. Vannet blir mer og mer samlet og går fortere og fortere, helt til en kanonkule av vann treffer insektet med kjempekraft og sender det i munnen til den ventende jegeren.

Ikke bare ett, men to hydrodynamiske triks. For en fisk!

Urinalsøl

Når vi først er i gang med Plateau-Rayleigh ustabiliteten, er vi nødt til å ta med et annet studie som har vakt oppsikt i år. Denne gangen er det urinaldynamikk som har blitt studert med høyhastighetskamera.

En urinstråle vil, akkurat som hos spyttefisken, brytes opp i dråper etter en viss avstand. Du har kanskje lagt merke til at herretoaletter lukter verre enn dem som damene bruker? Studien viser at når strålen treffer en overflate etter at ustabiliteten har inntruffet, er det så godt som umulig å unngå søl. Moralen: Sitt og tiss? Stå veldig nær urinalet? Eller vask ofte på guttedoen. Her har forskerne samlet noen andre, vitenskapelig begrunnede råd.


av Legg igjen en kommentar

Så tenner vi ett lys i kveld

Bilde: Wikimedia Commons

Bilde: Wikimedia Commons

Så kom desember igjen (som julekvelden på kjerringa), og adventslys er tent i de tusen hjem. Dette må være årets beste unnskyldning til å finne ut hva en flamme egentlig er for noe.

Fyrstikken

Vi starter med en fyrstikk. For å få noe til å brenne må det først bli varmt nok, og hva varmt «nok» er avhenger av hva det er du vil brenne. Når du drar en fyrstikk mot siden av fyrstikkboksen skjer det en hel liten kjedereaksjon: Friksjonen mellom små glasspartikler på boksen og på fyrstikkhodet får en liten mengde av et kjemikalie på fyrstikkboksen til å ta fyr; dette igjen får et annet kjemikalie i fysrtikkhodet til å produsere oksygen, slik at svovelet i fyrstikkhodet kan begynne å brenne, og dette varmer opp treet i fyrstikken nok til at det tar fyr – voila. Så bruker vi denne flammen til å tenne på stearinlyset.

Veken og stearinen

Det er lett å se at stearinen i nærheten av flammen smelter. Veken  trekker den flytende stearinen opp, på samme måte som tørkepapir suger opp vann. Det vi trenger veken i strearinlyset til er å få den flytende strearinen opp og i kontakt med masse luft.

Helt oppe ved flammen er det så varmt at stearinen blir til gass. Når denne varme gassen kommer i kontakt med oksygenet i lufta, skjer det en heftig reaksjon. Det er dette som er selve forbrenningen. Oksygenet river karbonatomer og hydrogenatomer fra hverandre, og lager nye små molekyler, stort sett vann og CO2.

Flammefargene

Å ta stearin og lage CO2 er ikke fult så enkelt som å ta legoklosser fra hverandre og sette dem sammen på nye måter. Det første som skjer er at det dannes noen skikkelig gira molekyler. Når disse energibuntene slapper av og organiserer seg som trauste vann- og CO2-molekyler, kvitter de seg med den ekstra energien ved å sende ut lys. Dette kan vi se som den blå fargen nederst i flammen.

Den varme gassen stiger oppover, og i midten av gassen blir det vanskelig å få tak i alt det oksygenet som trengs for å få forbrent stearingassen. Karbonet som ikke finner noe oksygen å henge med klumper seg sammen til mikroskopiske sotpartikler. I den varme flammen får sotpartiklene så høy temperatur at de begynner å gløde. Dette får flammen til å bli gul.

Sot eller ikke sot

Dette hadde jeg ikke tenkt på før, men sånn går det når man begynner å google ting. I en rolig stearinlysflamme vil sotpartiklene forbrennes når de når den ytre sonen av flammen, der de har nok oksygen å leke med og temperaturen fortsatt er høy. Men om flammen forstyrres, for eksempel dersom adventskransen er tent i et rom med mye trekk, kan sotpartiklene slynges ut av flammen uten å brenne opp.

Hvis veken blir for lang, vil lyset også begynne å produsere sot. Men hvorfor det er slik har ikke google kunnet forklare meg i kveld. Dette irriterer meg virkelig. Er det sånn at flammen blir ustabil og blafrer når veken blir over en viss lengde, slik at man får samme effekt som av trekk? Eller er det fordi den lange veken gir ekstra mye drivstoff til flammen slik at sotet rett og slett ikke rekker å forbrennes før det forlater den varme flammen? Om det er noen flammeeksperter som leser dette, ville jeg bli takknemlig for en oppklaring i kommentarfeltet.