Fysikk og Fascinasjon

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


Legg igjen en kommentar

Menthos og cola!

På torsdag hadde jeg gleden av å snakke om fysikk for 200 videregående-elever på besøk på Blindern. Siden jeg fikk lov til å snakke om hva jeg ville, sørget jeg for et tema som passet til å gjøre menthos i cola-trikset. For det er gøy.

Siden jeg ikke har gjort dette så ofte, måtte vi trene hjemme kvelden før. Da jeg foreslo at jeg skulle bruke hele menthospakken løp barna og gjemte seg. Det viste seg i ettertid at de hadde gjort noe litt mer heftig i barnehagen – nemlig å helle en hel menthospakke i colaflasken, sette på lokket, og deretter se flaska eksplodere – så det var ikke så rart at de var skeptiske til å gjøre dette hjemme. Vi ble enige om å bruke fire menthos, og det gav en gøyal men lett å tørke opp colavulkan.

Screenshot 2016-02-13 09.18.44

Hva er det som skjer?

Når man lager brus, tilsetter man CO2 under høyt trykk. Desto høyere trykket er, desto flere CO2-molekyler er det plass til i vannet. Når flasken åpnes, faller trykket plutselig og gassmolekylene får veldig lyst til å unslippe. Men det er ikke så lett. De kan slippe unna ved luftoverflaten i toppen, men veien dit er evig lang for molekylene langt nede i flaska. Den andre rømningsveien er gjennom bobler, men disse boblene er det ganske vanskelig å lage. Derfor befinner colaen i den åpnede flasken seg i en metastabil tilstand. Det betyr at den ikke trives sånn som den har det, men at den ikke greier å ta steget over i en mer stabil tilværelse.

Menthosene jeg slipper i flaska har en ru overflate av et stoff som vannet ikke liker. Her har gassmolekylene en glimrende anledning til å samle seg og danne bobler. så stiger boblene opp til overflaten, drar med seg vann og sukker oppover og lager en skumfontene. Det er sukkeret og fargen og andre stoffer i menthosene og colaen som gir det morsomme skummet – det samme skjer om du heller sand i farris, men med en mye mindre og kjedeligere fontene.

Google har forresten fortalt meg at det blir enda bedre om du bruker lettbrus. Og hvis du vil gjøre det skikkelig profesjonelt kan du kjøpe spesialdesignede menthosholdere fra Andreas Wahl.

 

Hva med gravitasjonsbølgene?

Jada, det var viktigere ting som skjedde på torsdag. Helt revolusjonerende fantastisk, faktisk. Det kan du lese om på Maria Hammerstrøm sin blogg.

Advertisements


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!


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:


Legg igjen en kommentar

«Hjemme hos»-reportasje om pastakoking

I dag hadde jeg besøk av AftenpostenTV som ville ha meg til å forklare hvorfor en tresleiv på tvers over pastakjelen får den til å la være å koke over.

Ikke tidenes beste triks, kanskje, men det er nå litt artig. Siden det var planleggingsdag i barnehagen var jentene hjemme og fikk spise så mye de ville av både kokt og ukokt pasta. Og så ble det spagettigrateng til middag. Det var ikke så populært.

Skulle kanskje ha prøvd å sminke bort de jetlag-ringene jeg har under øynene.

Screenshot 2014-09-01 19.16.03

Dette er bare et screenshot, du kan se videoen ved å klikke her.


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!


1 kommentar

Farvel, klesvask! Om stoffet som får alt til å prelle av

Antall visninger av filmen om nanobelegget Ultra-Ever Dry, som får klær og gjenstander til å holde seg rene nesten uansett hva du gjør med dem, nærmer seg syv millioner. Verden er tydeligvis klar for et slikt vidunderstoff. Men hvordan virker det egentlig?

Regnet som falt på dette hydrofobe hagebordet har samlet seg til dråper. På den delen av bordet som stod under tak, kom det mindre vann og derfor ble dråpene også mindre.

Regnet som falt på dette hydrofobe hagebordet har samlet seg til dråper. På den delen av bordet som stod under tak, kom det mindre vann, og derfor ble dråpene også mindre.

Overflater som hater alt

Noe av det jeg syntes var overraskende med Ultra-Ever Dry er at både olje og vann preller av. Vanligvis kan man dele inn stoffer i de som liker vann, og de som liker olje. Liker du olje, så hater du vann, og motsatt. Men her har vi altså et stoff som hater begge deler.

Nå vet ikke jeg akkurat hva dette vidundermiddelet er laget av, men det finnes en gruppe stoffer som ikke liker noen ting: Fluorkarboner. (At flourkarbonene kanskje ikke er de beste for kroppen og miljøet vil jeg overlate til noen andre å si noe om). Disse ligner på hydrokarbonene, som vi er vant til å treffe i form av olje, for eksempel, bortsett fra at det lille hydrogenatomet er byttet ut med fluor. Hverken hydrokarboner eller fluorkarboner har noe særlig til overs for vann, men hydrokarboner liker de fleste av de andre vannhatende stoffene.

I hydrokarbonene kan elektroner svinge seg frem og tilbake mellom karbonatomene og hydrogenatomene, og når to overflater kommer i nærheten av hverandre, kan elektroner i flere molekyler begynne å svinge i takt. Denne trivelige dansingen vil de gjerne fortsette med, så man må bruke litt kraft for å få dem fra hverandre igjen.

Fluoratomene har mer muskler enn de små hydrogenene. Når de først har fått tak i et elektron, så holder de det godt fast. Kommer en annen overflate og vil danse, så sier fluoren at nei du, dette elektronet er alt for lite for dans og moro. Så blir det ingen fest. Fluorkarbonene er en skikkelig asosial gjeng.

Rosineffekten

Om du ikke allerede har prøvd det, er du nødt til å gjøre dette neste gang du drikker farris: Slipp en rosin oppi glasset. Rosinen blir liggende på bunnen av glasset en stund mens det dannes bobler nedi rynkene i skallet. Når boblene har blitt store nok, løfter de rosinen opp til overflaten der den blir liggende og duppe og snurre litt. Boblene vil etterhvert sprekke slik at rosinen detter ned igjen, der den samler opp nye bobler, og det hele gjentar seg. Har du flere rosiner i glasset får du en hel liten rosinballett. Bedre enn TV.

20130709-070755.jpg

Klare til avgang!

Overflaten til rosinen er av den typen som ikke er spesielt glad i vann. I farrisen svømmer mange CO2-molekyler som gjerne vil bli til gass, men synes det er vanskelig å dytte bort vannet for å lage en boble. På rosinoverflaten er det mange groper og sprekker der gassen trives. Gassmolekylene synes nemlig det er vemmelig å være den som sitter ytterst i bobla når det betyr at de må være inntil vannmolekylene, men er de er helt fornøyde med å være ytterst når de kan kose seg på rosinflateveggene i en sprekk. Så lenge det bare er noen få molekyler som må ta drittjobben i sprekkåpningen, går det greit å lage en boble. I farrisen er CO2-molekylene såpass desperate etter å unnslippe at når en boble først er dannet, vil den fortsette med å vokse til den er stor nok til å stige til overflaten.

Legger du en vanndråpe på en vannhatende overflate, vil en kile av luft eller gass skli innunder kantene av dråpen og løfte den opp. Allikevel er midten av dråpen i kontakt med underlaget, og det skal littegrann kraft til for å få dråpen av. På den superhydrofobe Ultra Ever-Dry sklir vanndråpene av så lett som bare det. Dette skyldes rosineffekten. Vidunderbelegget består av kantete nanopartikler med massevis av groper og hulrom mellom, der fiendtlige molekyler ikke lar vannet slippe inn. En dråpe som faller på dette underlaget vil bare være i kontakt med underlaget på noen få, ørsmå topper. Ellers flyter den på en pute av luft. Derfor skal det bare en nesten umerkelig helning til for at dråpen skal trille av.

Dersom nanopartiklene er dekket av fluorkarboner, får hverken vann eller olje muligheten til å feste seg på overflaten. Farvel, klesvask! Problemet med Ultra-Ever Dry er at belegget gir alle overflater en matt, hvit farge. Dette har selvfølgelig også en fascinerende årsak. Men det får vi spare til en annen gang.


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!