Wetenschapweetjes

Wat is een vacuüm? Wat is het absolute nul-punt? Is het nu mogelijk om een perpetuum mobile te maken? Wat is ballistiek en wat een barometer? Waarom zweeft een luchtballon? Hoe groot is de druk van het water op de zeebodem? Hoe kun je te weten komen hoe oud gesteenten en fossielen zijn? Waar bestaan kristallen uit? Hoeveel maal kan een microscoop vergroten? Boeiende weetjes en weten-schappelijke feiten in kort bestek in de vorm van vragen en simpel geformuleerde antwoorden.

Weetjes over de wetenschap

• Wat is een vacuüm?
• Waar bestaan kristallen uit?
• Wat is het absolute nulpunt?
• Waarom zweeft een luchtballon?
• Is het mogelijk om een perpetuum mobile maken?
• Wat is ballistiek?
• Wat een barometer?
• Hoeveel maal kan een microscoop vergroten?
• Hoe kun je erachter komen hoe oud gesteenten en fossielen zijn?
• Hoe groot is de druk van het water op de bodem van de zee?

Wat is een vacuüm?

Een vacuüm is een ‘niets’. Het is een luchtledig, een ruimte waarin geen lucht of welk ander gas dan ook aanwezig is. Een werkelijk volledig vacuüm kan op aarde niet bereikt worden, daar het onmogelijk is om ook het allerlaatste spoortje lucht of ander gas uit een vat weg te pompen. Er zullen altijd enkele moleculen of atomen lucht in het vat aanwezig blijven. Meer en nadere informatie over moleculen en atomen, kun je vinden in Atomen en Energie (moleculen).

Waar bestaan kristallen uit?

Mineralen vormen zich vaak in ‘stukjes’ die allemaal eenzelfde vorm hebben. Deze onderdeeltjes worden kristallen genoemd. Tafelzout en suiker bestaan uit kleine kristalletjes.

Kristallen bestaan, net als alle andere dingen, uit moleculen en atomen. Echter ze hebben een bijzondere vorm, daar de erin aanwezige atomen en moleculen in rijen ordelijk gerangschikt liggen. De wijze waarop de rijen ten opzichte van elkaar geschikt zijn, verleent een kristal zijn eigen specifieke vorm. Materialen die uit kristallen bestaan en dus ordelijk gerangschikt zijn, worden kristallijn genoemd. Materialen die qua atomen of moleculen niet ordelijk gerangschikt zijn, worden amorf genoemd. Zo is glas (en kristalglas!) amorf.
Kristal kan zich op diverse wijzen vormen, de zogenaamde kristalgroei of ook wel het kristallisatieproces genoemd. Eén vormingswijze is wanneer een stof langzaam afkoelt vanuit een vloeibare situatie. Tijdens het stollen ontwikkelen zich dan kleine kristalletjes. Op het moment dat de vloeistof geheel is omgezet naar een vaste stof, is er een substantie ontstaan die uit vele kleine stukjes of kristalkorrels bestaat. Een ander vormingswijze heeft geen kleine stukjes of korrels; dit is het geval bij éénkristallen. Hierbij bestaat het materiaal maar uit één korrel, of de groepjes atomen/moleculen bevinden zich alle in dezelfde stand. Zo is een diamant onder andere een éénkristal en ook suiker kan als éénkristal uitgroeien. Meer informatie kun je vinden in Stenen en Mineralen en Atomen en Moleculen.

Wat is het absolute nulpunt?

Het absolute nulpunt is de theoretisch laagst mogelijke temperatuur. Theoretisch, daar het onmogelijk is deze temperatuur te bereiken. Deze temperatuur bedraagt -273,15 graden Celsius oftewel 0 Kelvin. Er kan niets kouder zijn dan het absolute nulpunt. Wetenschappers zijn er in geslaagd temperaturen te produceren die nog slechts een fractie boven dit absolute koudste punt liggen.

Als de temperatuur lager wordt, gaan atomen langzamer trillen. Volgens de klassieke mechanica staan de atomen bij het absolute nulpunt stil, maar volgens de kwantummechanica blijft er nog altijd iets van een nulpuntsbeweging over.

Waarom zweeft een luchtballon?

Luchtballons kunnen in de lucht zweven als ze gevuld zijn met een gas dat lichter is dan de omringende lucht. Vroeger gebruikte men hier voornamelijk waterstof voor, hetgeen zeer brandbaar is. Tegenwoordig gebruikt men veelal helium, een onbrandbaar edelgas. Heteluchtballons worden gevuld met gewone lucht, die echter verhit wordt door een brander. Daar warme lucht lichter is dan koele lucht, stijgt de luchtballon op.

Een ballonnetje dat je zelf opblaast, zweeft niet omhoog, tenzij de wind er vat op kan krijgen. Dit komt omdat de lucht die je er zelf inblaast, niet of nauwelijks lichter is dan de lucht om de ballon heen. Meer over ontwikkelingen in de ballonvaart is te vinden in Beroemde Pioniers (baanbrekers).

Is het mogelijk om een perpetuum mobile maken?

Een perpetuum mobile is Latijns voor: voortdurend c.q. eeuwig bewegend apparaat of machine. Eeuwigdurende beweging kan niet bestaan, dus nee, het is niet mogelijk om een perpetuum mobile te maken. Al eeuwenlang proberen uitvinders en wetenschappers een apparaat c.q. machine te bouwen die, als deze eenmaal op gang is gebracht, zonder meer uit zichzelf door blijft draaien. Dit wordt perpetuum mobile van de eerst soort genoemd. Een machine dus die zonder enige brandstof, door energie op te wekken uit het niets, tot het einde der tijden zou blijven lopen.

Een perpetuum mobile van de tweede soort is een apparaat, welke in staat is om warmte geheel om te zetten in mechanische arbeid. Beide soorten, zowel de eerste als tweede soort zijn volgens respectievelijk de eerste en tweede wet van de thermodynamica niet mogelijk. Een perpetuum mobile is globaal gezegd om twee redenen niet mogelijk.

• Ten eerste kan enigerlei machine niet op niets draaien
• Ten tweede blijft, ook bij de meest soepel gelagerde bewegende machinedelen altijd, al is het maar in minieme mate, wrijving bestaan.

Een aantal wetenschappers en uitvinders zijn in de loop der jaren bezig zijn geweest of hebben zelfs geclaimd een perpetuum mobile te hebben gevonden. Hier wordt maar een klein aantal van de meest bekende genoemd. Dit zijn onder andere John Bedini, Cornelis Drebbel, David Hamel, Nikola Tesla en Wessel di Wesseli (Belgisch kunstenaar en uitvinder).

Er zijn twee apparaten c.q. machines die het perpetuum mobile principe benaderen of zelfs een perpetuum mobile lijken, maar dit niet zijn. Dit zijn het zogenaamde drinkende vogeltje en de radiometer van Crookes.
Drinkende vogeltje
Het drinkende vogeltje is een glazen speelgoedje, een vogel die uit twee glazen bollen bestaat, die verbonden zijn met een buisje c.q. de hals van het vogeltje. Dit is gevuld met een vloeistof met een lage verdampingswarmte (gekleurde vloeistof).
Wanneer het gemaakt wordt, wordt de lucht weggezogen, zodat zich in de ruimte boven de gekleurde vloeistof alleen maar verzadigde damp aanwezig is.

Kort en simpel gezegd beweegt dit vogeltje op het principe dat warmte (thermische energie) omgezet wordt (door de warmte) in beweging (kinetische energie).
Crookes Radiometer
De radiometer van de chemicus William Crookes uit 1873, is in principe een lichtmolentje oftewel een zonnemotor. Het bestaat uit een glazen bol waarin 4 metalen wiekjes geplaatst zijn, welke aan de ene kant zwart en aan de andere kant spiegelend zijn. Wanneer dit belicht wordt, gaan de molenwiekjes draaien. Dit komt doordat de luchtdruk in de bol laag is.

Nogmaals, deze twee apparaten zijn geen perpetuum mobile, maar benaderen dit wel.

Wat is ballistiek?

Ballistiek is de wetenschap die zich bezighoudt met beweging, gedrag en effecten van projectielen, voornamelijk kogels, een bepaald soort (werp)bommen en raketten. De ballistiek is vooral de leer van de banen die door deze projectielen worden beschreven (ontwerpen, onderzoeken en lanceren, zodat een bepaald beoogd gedrag wordt gerealiseerd). Vuurwapen ballistiek (het meest bekend, met name van film en tv) betreft c.q. wordt toegepast in forensisch onderzoek.

Wat een barometer?

Een barometer is een instrument waarmee de druk van de atmosfeer c.q. de luchtdruk gemeten kan worden. Galileo (1635) is de eerste die zich met het luchtdrukprincipe heeft beziggehouden en het voorwerk heeft gedaan, hetgeen verder is ontwikkeld door Torricelli. Hij wilde bewijzen dat water omhoog gebracht wordt door de luchtdruk.

Kwikbarometer

De barometer werd in 1643 door Torricelli uitgevonden. Hij vulde een smalle buis met een lengte van ca. een meter lengte met kwik, en plaatste deze op zijn kop in een bakje met kwik. Er bleef zo’n 76 cm kwik in de buis achter. Verder ontdekte Torricelli dat de hoogte van dit kwikpeil in de buis varieerde met de weersomstandigheden. Wanneer dit zakte, wees dit meestal op komende regen en storm en het peil stond weer hoog met warm en rustig weer. Deze buis van Torricelli was dus de eerste kwikbarometer.

In 1663 construeerde de astronoom Robert Hooke de eerste barometer met een wijzerplaat. Zijn constructie bestond uit een object dat niveauveranderingen signaleert en op kwik drijft, verbonden met een naald, die de druk op de wijzerplaat aangeeft.

Waterbarometer

De waterbarometer is uitgevonden door de Nederlander de Donckere in 1619 en later verder ontwikkeld door von Goethe. Een ander woord voor dit type was donderglas, een barometer die op de VOC schepen gebruikt werd. Een leuk detail is dat, naar men vermoedt, door het donderglas de uitdrukking ‘gedonder in de glazen’ is ontstaan. Daar deze barometers ook op temperatuursverschillen reageerden en niet zuiver werkten, worden ze al lang niet meer gebruikt.

Gasbarometer

De gasbarometer lijkt in zijn werking op een waterbarometer, alleen met gas in plaats van water (hetgeen grotere niveauverschillen geeft). Verder werden er nog allerlei varianten in de loop der tijd ontwikkeld, de meest recente barometer met een gasvulling is de eco-celli.

Eco-celli barometer

Deze barometer is door een Belgisch bedrijf ontwikkeld. Het systeem werkt via een gasvulling die wordt samengeduwd c.q. geperst door de druk van de lucht. De vloeistof gaat op en neer met stijgende en dalende luchtdruk.

Grootste Barometer

De grootste barometer van Nederland is te vinden in Amsterdam, boven op het dak van het Okura Hotel. De weersverwachting voor de volgende dag wordt aangegeven door middel van kleuren. Zo betekent blauw dat er lekker zonnig weer op komst is, wit dat er wisselvallig- en groen dat er slecht weer op komst is.

Hoeveel maal kan een microscoop vergroten?

Microscoop vergroting

Het woord microscoop komt van het Griekse micros dat klein betekent en skopein, dat staat voor onderzoeken of nauwkeurig aanschouwen. Een microsoop wordt gebruikt om objecten te kunnen zien, die te klein zijn om met het blote oog waar te nemen.

Een optische microscoop of lichtmicroscoop, die gebruik maakt van lichtstralen, kan tot ongeveer 2500 maal vergroten.

Een elektronenmicroscoop, waarbij gebruikt gemaakt wordt van elektronenstralen, kan wel een miljoen maal vergroten. Speciale microscopen kunnen zelfs honderden miljoenen malen vergroten.

Hoe kun je erachter komen hoe oud gesteenten en fossielen zijn?

Oude restanten zoals beenderen of potten kunnen wel duizenden jaren oud zijn. Fossielen, hetgeen overblijfselen zijn van zeer lang geleden gestorven dieren en planten, en gesteenten zijn soms miljoenen jaren oud. We kunnen erachter komen wanneer ze zijn ontstaan, daar in principe alles radioactieve straling uitzendt, echter zo zwak dat het ons niet schaadt. Nadat levende wezens gestorven zijn of een gesteente zich gevormd heeft, neemt de hoeveelheid radioactiviteit gestaag af. Door de overgebleven radioactiviteit te meten, kun je ontdekken hoe lang geleden iets gevormd werd of leefde.

Hoe groot is de druk van het water op de bodem van de zee?

Hoe dieper je de zee induikt, hoe zwaarder het gewicht van de kolom water die boven je is, op je drukt. In het diepste deel van de oceaan (in de Marianentrog bij de Filippijnen), waar de bodem zich meer dan 11 kilometer onder het wateropper bevindt, is de waterdruk ruim een ton (meer dan 1000 kilo) per vierkante centimeter. Desalniettemin hebben mensen in speciaal hiervoor geconstrueerde diepte ‘schepen’ deze diepte kunnen bereiken.

Lees verder

• Zeeën en oceanen: weetjes en vraag & antwoord
• Vaste stof - Vloeistof - Gas
• De Atmosfeer (meteorologie)
• Elementen en metalen
• Hoe Hoeveel..? Weetjes