Anja Røyne

Fysiker


Legg igjen en kommentar

Sandkasselek for voksne

Denne helgen har jeg altså brukt til å legge heller i hagen. Jeg foreslo egentlig at vi skulle ha de hellene fordi jeg trodde det bare var å dra jord utover, slenge ut noen heller og strø gressfrø over det hele. Nå forstår jeg at det innebærer spaing av flere tonn sand og løfting av inmari tung stein. Men fint blir det, og jeg har innsett at sand er ganske fascinerende greier.

Innerst ved husveggen hadde vi en ganske stor grøft fylt med leca. Det er visst noe man gjør for å unngå vann i kjelleren. Hulrommene mellom lecaekulene er nemlig så store at vannet ikke greier å holde seg fast i dem, men renner rett ned og bort til naboen (jeg tror det er planen). Vi måtte ta bort trappa inn til huset, så for å komme ut i hagen måtte man ta et stort skritt ned og rett i denne lecagrøfta. Når du tråkker på leca så sklir kulene mot hverandre og ut til siden så du synker ned. Omtrent som å hoppe i ballrommet på IKEA men du blir mye mer møkkete og irritert.

Så var altså spørsmålet hvordan vi skulle legge heller, til å gå på, oppå all denne lecaen. Vi bestemte oss for å dekke kulene med en fiberduk. Oppå der la vi et lag med sand som vi tråkket til.

Her er den fascinerende biten: En halv meter bred grøft med kuler som ikke kan holde noe som helst oppå, en tynn duk og en tommelfingerbredde med hardpakket fuktig sand – det blir forbausende stabilt! Plutselig kunne vi spasere omkring oppå grøfta og det føltes som et fast gulv. Er ikke det egentlig veldig rart?

Alle har lekt i sandkassa som barn, men en del av erfaringene er vel gått i glemmeboka. For å oppsummere: Tørr sand går det ikke an å bygge med, det renner bare ned. Klissvåt sand går det heller ikke an å bygge med, det blir bare som våt rennete gjørme. Fuktig sand, derimot, kan du bygge de mest fantastiske byggverk med.

Når sanda er fuktig er det både vann og luft mellom sandkornene. Sandkorn har overflater som er veldig glade i vann. Som jeg har snakket om før, så kan vann like veldig godt å klamre seg til for eksempel glass (som jo er laget av sand), men vannet er veldig lite glad i å ha en overflate rett ut mot lufta.

Når to sandkorn er veldig nær hverandre, får vannet muligheten til å lage en liten dråpe mellom disse to kornene. Dråpen har veldig mye overflate mot sand, og bare litt mot luft, og er derfor fornøyd med tilværelsen. Vannet lager det man kaller en kapillærbru mellom de to sandkornene. Om du prøver å dra disse kornene fra hverandre, strekkes vanndråpen og den får mer og mer overflate mot luft. Det vil den ikke! Derfor vil vanndråpen prøve å dra sandkornene tilbake mot hverandre. Vanndråpen virker omtrent som en liten strikk som er limt fast mellom de to sandkornene. Om man drar hardt nok, ryker strikken (dråpen) og kornene kan bevege seg fritt i forhold til hverandre igjen. I fuktig sand sitter de fleste av sandkornene fast i flere andre med slike vanndråpestrikker. Det er derfor man kan bygge sandslott med overheng og det hele uten at det raser sammen. Dersom jeg skulle ha greid å bøye fiberduken og det tynne sandlaget ned i lecagrøfta da jeg tråkket på den, måtte jeg ha dratt mange sandkorn fra hverandre. Kraften fra alle de bittesmå vanndråpene gjorde at det ikke skjedde.

Når sanda er veldig tørr er det nesten ingen kapillærbruer til å holde fast sandkornene, slik at de er frie til å bevege seg i forhold til hverandre. På mange måter oppfører tørr sand seg omtrent som vann, der man kan tenke seg at sandkornene spiller rollen til vannmolekylene. Den vil for eksempel stort sett renne nedover. En forskjell på tørr sand og vann er at siden sandkornene ikke er spesielt gode venner, de bryr seg altså ikke om de er ved siden av et annet sandkorn eller ikke, så blir ikke de kornene som sitter i utkanten ulykkelige. Derfor er det ikke sånn at sanda gjør det den kan for å unngå å få for stor overflate, slik som vann gjør det.

En annen forskjell er den at det er friksjon mellom sandkornene. Når sanda renner ned så får man ikke en helt rett overflate, men det dannes en haug. Desto mer kantete sandkornene er, desto lettere det er for dem å huke seg fast i hverandre, og desto brattere kan denne haugen bli. Det blir også en del luft imellom kornene i haugen. Om man dunker, tramper eller rister på sanda, får sandkornene hjelp til å rive seg løs fra naboene og hoppe videre nedover til de til slutt ligger så tett som de kan komme, med en plan overflate. Da har de på en måte nådd sitt nullpunkt og vil ikke flytte seg noe mer uten at noen kommer og løfter dem opp. Da vi skulle legge stein, var det viktig at sanda under fikk finne sitt nullpunkt før steinen ble lagt ut. Ellers ville den med tid og stunder greie å komme seg dit og så ville steindekket vårt blitt ugjevnt. Derfor leide vi en såkalt hoppetusse (fint navn), en tung sak med plate under og motor oppå som får den til å hoppe rundt omkring på sanda. Det bråkte og førte forhåpentligvis til at steinene våre ligger der de ligger i mange år.

I kliss våt sand er det heller ingen kapillærbruer, for her er det jo vann over alt og ingen plagsomme overflater mellom vann og luft. Derfor er våt sand like håpløs som tørr sand når det gjelder sandslottbygging.

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård (fint skal det være).

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård.


6 kommentarer

Jeg er jo varm inni meg. Hvorfor kan jeg blåse på kakaoen for å få den kald?

En ekstra fin kopp med kakao. Den varmer seg selv ved at du lar kalsiumoksid blande seg med vann i et rom i bunnen av koppen. Da dannes det såkalt lesket kalk i en prosess som frigjør masse varme. Se hotbooster.com

En ekstra fin kopp med kakao. Den varmer seg selv ved at du lar kalsiumoksid blande seg med vann i et rom i bunnen av koppen. Da dannes det såkalt lesket kalk i en prosess som frigjør masse varme. Se hotbooster.com

Jeg trodde at jeg hadde et greit svar på dette. Men i dag, da jeg prøvde å finne forklaringen på hvordan tornadoer blir til (sammenhengen mellom tornadoer og kakao får vi spare til en annen gang) fant jeg et nytt svar! Kult! Jeg tar det nye svaret først:

DU KAN BLÅSE BÅDE VARM OG KALD LUFT MED MUNNEN.

Prøv selv! Om du har munnen helt åpen er lufta du blåser ut varm. Lager du en bitteliten åpning og blåser lufta gjennom, blir den kald!

Når lufta kommer ut gjennom det lille hullet du har laget, har den høyere trykk enn lufta utenfor. Den kan selvfølgelig ikke fortsette å ha høyere trykk når den kommer ut i det fri. Når det er mindre som dytter på den, vil den ha mere plass. Lufta utvider seg. Når den gjør det, må den dytte bort lufta som står i veien for den. For å dytte noe er du nødt til å bruke litt energi, og denne lufta som utvider seg, gjør det så fort at den ikke rekker å hente noe energi fra omgivelsene. Derfor bruker den av energilageret sitt, nemlig varmen sin. Om den startet med veldig høyt trykk, vil den utvide seg masse, og den ender opp med å bli veldig kald. Du kan prøve selv med å blåse på hånda di mens du gradvis spisser munnen mer og mer. Du vil kjenne at lufta du blåser ut blir kaldere og kaldere. Ganske kult, eller hva? Effekten er enda tydeligere om du prøver med en boks med komprimert luft, eller kanskje en sykkelpumpe.

På denne måten kan vi altså bruke lufta som kommer fra den varme kroppen vår til å få kakao til å bli en god del kaldere enn innsiden av munnen.

Den opprinnelige forklaringen min, som sikkert er en god del av sannheten, var som følger:

Rett over den varme kakaoen, nedi koppen, blir lufta varmet opp. Når lufta ligger stille oppi der, er den ganske dårlig til å flytte varmen videre oppover og bort fra kakaoen. Om vi blåser på koppen, flytter vi den varme lufta vekk og det kommer ny kald luft ned som kan ta med seg mere varme bort. Sånn blir kakaoen kald fortere.

For den som skulle være ekstra interessert, kalles den første mekanismen for adiabatisk avkjøling og den andre for konveksjon.


Legg igjen en kommentar

I anledning dagen: Champagnefysikk!

sotnemaiI tilfelle 17. maifesten skulle bli kjedelig får dere her en grunn til å stirre dypt og lenge inn i champagneglasset.

Champagne lages ved å tilsette noe som kunne vært ferdig vin litt ekstra gjær og sukker, og forsegle dette i en flaske som er konstruert for å tåle stort trykk. Når gjæren i flaska gumler i vei på sukkeret sitt produserer den CO2. Det er mulig å løse opp noe CO2 i vannet, akkurat som man kan løse opp salt eller sukker, men det er grenser for hvor mye som får plass. Derfor begynner også det lille luftrommet som var igjen etter å ha forseglet flaska å fylles opp med CO2. Siden flaska er tett gjør dette at det blir mindre og mindre plass mellom gassmolekylene, så trykket øker. Det gjør at det etterhvert blir vanskelilgere å få CO2en som blir produsert over i gassform, så det blir veldig mye CO2 løst opp i champagnen.

Når man så tar av korken, får den gassen som hadde samlet seg i toppen av flaska plutselig lov til å utvide seg, og korken skytes avgårde. Siden trykket nå har blitt mindre, har champagnen veldig lyst til å kvitte seg med CO2en den har løst opp i seg. Dette kan den gjøre ved å la CO2molekylene virre vekk der hvor champagnen er i kontakt med luft, eller ved at det dannes gassbobler inne i væsken, som kan stige opp og unslippe. Som jeg har fortalt tidligere så er det ikke så lett å danne bobler. Boblene dannes best om de får litt hjelp, ved for eksempel

– å lage baluba (riste på flaska, røre rundt, hive glasset i veggen). Det som skjer da er at man får høyt trykk noen steder og lavt trykk andre steder i væsken, og der det er lavt trykk er det mye enklere å lage bobler).

– å gi bobla et sted å starte. Dette kan være riper i glasset, eller rett og slett rusk og møkk. Ofte trives ikke vannmolekylene fult så godt på sånne steder, og det er enklere for gassen å klumpe seg sammen der og lage boble. Om du heller champagne i et ekstremt rent glass kan det se veldig kjedelig ut, fordi det nesten ikke dannes bobler. Men når du tar en slurk, treffer væsken tusenvis av rare punkter i munnen din der den kan boble i vei. På den annen side kan det blir veldig mye bobling av å bruke møkkete glass (prøv selv!), men da blir CO2en fortere brukt opp og champagnen blir fort lite festlig.

Når en boble først har startet på en liten «urenhet» (som vi kaller det så fint i vitenskapen) nede i glasset, sitter den der til den blir stor nok til å rive seg løs og stige oppover. Når bobla stiger, skjer to ting:

– den blir større og større. Det er fordi væsketrykket blir mindre og mindre når den beveger seg oppover.

– fordi den blir større, beveger den seg også fortere. Krafta som beveger den oppover, altså oppdriften, blir nemlig større jo mer plass bobla tar. Prøv å dytte en ballong ned i vannet. Jo mer av ballongen som er under vann, jo hardere må du dytte. Bobla beveger seg altså fortere og fortere og fortere helt til den når overflaten og sprekker.

Om en boble tilfeldigvis er litt større enn bobla foran seg, har den derfor muligheten til å ta den igjen.

Nå er det bare å sette seg til med champagneglasset og se om dette stemmer. God 17. mai!


Legg igjen en kommentar

Mamma, hvordan klarer lufta å holde meg oppe?

sykkelhjulNoe av det morsomste med å ha barn er at de stiller så gode spørsmål.

Lufta det var spørsmål om befant seg selvfølgelig inne i en sykkelslange (jeg måtte tenke meg om et øyeblikk før jeg skjønte hva det egentlig gjaldt) og oppå sykkelen befant det seg en observant seksåring.

«Lufta kan holde deg oppe fordi alle de små atomene i lufta fyker rundt kræsjer i veggene i sykkelslangen. Hvert gang de kræsjer så dytter de litt ned på bakken og opp på sykkelen. Vi fyller slangen så full av luft at all den dyttingen er nok til å holde deg oppe.»

«Men hvorfor kjenner ikke jeg det, da, at de dytter?»

«Det er fordi de er så veldig veldig små. Hvert dytt er bittebittelite.»

«Er det fordi de er så mange, da?»

«Ja det stemmer. Helt utrolig mange bittesmå dytt blir ganske mye til sammen.»

«Men når vinden blåser på meg, da kjenner jeg det?»

«Når vinden blåser så er det veldig mange små atomer som beveger seg samme vei på en gang. Da kjenner du det.»

….

«Du vet, du består av sånne små atomer du også.»

«Mamma, hvorfor begynner du bare å snakke om noe annet? Nå snakket vi jo om luft og så begynner du bare å snakke om kroppen».

Ja ok da. Typisk meg.


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.