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


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!


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:


3 kommentarer

Snø, is og alt for mye grus

De siste dagene har jeg gått og irritert meg over grus.

Når det er åtte minus og snø, så er det jo ikke glatt. Det burde være supre forhold for å dra unger på akebrett, eller å gå på ski til barnehagen. Eller hva med spark, den brukte jeg jo ofte til skolen da jeg var liten?

Men nei, da. Perfekte akebrettforhold er visst også perfekte forhold for traktor med gruseutstyr. Plutselig ser alle fortau og gangveier sånn ut, og ski og akebrett må pent ta til takke med brøytekantene:

- Fortere, mamma! - Nei det går ikke. Alt for mye grus.

– Fortere, mamma!
– Nei det går ikke. Alt for mye grus.

Jeg prøver å se stort på det og tenke at dette sikkert er fint for dem som er gamle og dårlige til beins, for når mildværet en gang kommer så ligger grusen klar og ingen vil gli.

I dag var det mildt – og glatt. Hva skjedde med grusen?

Hvor er egentlig grusen?

Hvor er egentlig grusen?

Jeg ser masse grus, men den har ingen effekt. Grusen har flyttet seg ned i isen. Fordi de små steinene er mørke, blir de ekstra varme når sola skinner på dem. De blir så varme at de smelter hvert sitt lille hull i isen og forsvinner nedover. Til slutt stikker ingenting opp over isflaten, så bena mine sklir like godt som uten grus.

På ettermiddagen ligger hvert lille gruskorn og bader i et selvlaget badekar i isen. Når natten kommer fryser vannet igjen, så alt som gjenstår er en sammenhengende isflate med dekorative gruskorn inni. De kommer fram igjen når det begynner å bli bart, så vi kan kose oss med å koste sammen hauger så barna får brukt syklene sine uten å skli på grusen (for da må vi bruke den fine vårdagen inne på legevakten for at de kan fjerne grus fra skrubbsår med tannbørste).

Jeg vil faktisk gå så langt som å påstå (ja nå er jeg helt vill) at fortauet blir GLATTERE når det er strødd på forhånd enn ikke, fordi den mørke grusen hjelper til med å smelte snøen og gjøre den om til is.

Kanskje vi skal tenke litt på klima, med det samme? De små gruskornene som smelter seg nedover er et godt bilde på hva som skjer når de snødekte arealene på jordkloden blir mindre. Mens snøen reflekterer solstrålene tilbake til verdensrommet, vil mørk jord og stein omdanne sollyset til langbølget varmestråling som fanges inne i atmosfæredrivhuset vårt. Global oppvarming fører til snøsmelting, som fører til mer oppvarming, som fører til mer snøsmelting, og så videre.

I 2005 var jeg med på en feltekspedisjon til Svalbard. Der var det blant annet en mikrobiolog som tok prøver av smeltevannet i små groper på isbreen, dannet av småstein og grus. Hun mente at dette var en veldig spesiell biotop og den blir vel vanligere nå som det er mye smelting på gang. Under er et bilde jeg tok av en av disse gropene. De var veldig fine, og på isbreen kan det godt være grus for min del.

Grus-detalj fra isbre på Svalbard.

Grus-detalj fra isbre på Svalbard.


Legg igjen en kommentar

P4 i morgen!

Godt nyttår kjære blogglesere!

Nå er det slutt på ferie og tilbake til striskjorta og havrelefsa igjen. For min del har de første to dagene tilbake på jobb bestått i møter for å legge planer for nye og pågående prosjekter, og til å forberede to presentasjoner: en til oppstartsmøtet i sement-nettverksprosjektet vårt på torsdag, og den andre til geologikonferanse i Stavanger på mandag. (Av en eller annen grunn blir jeg bare mer og mer nervøs og usikker før sånne konferanser. Er det fordi jeg ikke synes jeg kan komme unna med å «bare» være ung og uerfaren lenger? Akk.)

Det som det er morsomst å fortelle skrive om på bloggen er imidlertid mitt besøk i P4-studio i dag. Det var første gang jeg har vært i et radiostudio og snakket i sånn fin mikrofon med skjerm foran (jeg slapp øretelefonene, selv om det hadde sett enda kulere ut). Tema var «hvorfor får man elektrisk hår», og jeg synes begynner å bli dreven i hårfysikk nå etter diverse andre spørsmål fra media.

Dette skal bli sendt på radiofrokosten i morgen (litt over 7, så dere kan sitte klare) og vi gjorde opptak. Vi sa «god morgen» flere ganger. Etter å ha snakket om hår en stund kom vi inn på annen morsom fysikk som herdet glass, vannoverflater, vann i verdensrommet og til og med subkritisk sprekkvekst, som jeg aldri hadde trodd jeg skulle få lov til å fortelle om på radio. Det ble gjort opptak men jeg aner ikke om eller når det eventuelt vil bli sendt.

Det er alltid gøy å snakke på radio, mye fordi programlederne er så hyggelige og virker så interesserte i det jeg har å si (det er nok en viktig del av programlederjobben). Allikevel er det ikke til å unngå at man sitter igjen med en følelse av hva var det egentlig jeg sa nå? For eksempel kunne jeg plutselig ikke huske om hår blir positivt eller negativt ladet når man tar av seg lua. Jeg er sikker på at noen av de som hører på i morgen kommer til å himle med øynene og tenke herregud vet hun ikke det en gang, fysikere nå til dags og kanskje til og med skrive mail om det til P4. Heldigvis er dette harmløse greier, og ti minutter etter er alt glemt. Og kollegene hører det sikkert ikke, for de er vel ikke våkne så tidlig.

Statisk hår. Bilde: Torben Worm/"Electric hair"/Flickr/Cc license

Statisk hår. Bilde: Torben Worm/«Electric hair»/Flickr/Cc license


Legg igjen en kommentar

Observasjoner i kulda

Jeg var litt bekymret før jul, men heldigvis kom vinteren i siste liten. Nå har vi en gnistrende hvit jul. I juleferien er det tid til å roe seg ned, være ute og ake akkurat så lenge som man vil, lese julehefter og til å legge merke til og undre seg over små og store ting som skjer. Jeg har for eksempel sett dette i løpet av de siste dagene:

1. Perlemorskyer

Da sola var på vei ned på bittelille julaften så det plutselig ut som om noen hadde sølt olje på himmelen. Skyene lyste i et vakkert pastell-aktig mønster. Dette er perlemorskyer, som er skyer laget av iskrystaller istedenfor vanndråper. I følge Store Norske Leksikon kan de dannes om vinteren, 20-30 km oppe i stratosfæren, og dette skjer såpass sjeldent at det kan gå flere år mellom hver observasjon. Jeg husker at foreldrene mine viste meg perlemorskyer en gang da jeg var liten. De var bittesmå i forhold til dette. Jeg tok mange bilder av dem, og bildene jeg fikk med hjem fra fotobutikken noen uker senere viste en mørk himmel med en lysende flekk på. Kanskje barna mine kommer til å huske denne himmelen om 20 år.

Perlemorskyer over Oslo den 22. desember 2014.

Perlemorskyer over Oslo den 22. desember 2014.

2. Det ble for kaldt for julebrusen

Julaften var det trangt i kjøleskapet, så vi satte drikken ut på trappa. En stakkars julebrus ble stående igjen over natta. Da morgenen kom var ikke flasken mye tess lengre.

bilde 2

Når temperaturen blir lav nok vil etterhvert det som er flytende få lyst til å bli til fast stoff. Rent vann fryser ved null grader, om det får muligheten. Brus inneholder mye sukker og vil derfor fryse ved litt lavere temperatur, akkurat som saltvann gjør det. Når brusen fryser vil det dannes krystaller av ren vann-is. Sukkeret og hva det nå er av annet som finnes i brusen vil bli værende i det flytende vannet, som derfor blir mer og mer konsentrert etterhvert som det dannes mer is. For å fryse alt må temperaturen bli veldig lav.

Is tar mer plass enn vann, så inne i en tett glassflaske blir det fort egentlig ikke plass til å lage mer is. Om det er kaldt nok så synes imidlertid vannet at det er kjipere å bli værende i flytende form enn å skvise seg inn mellom isen og flaska og dytte flaskeveggene utover.

I natt var det tydeligvis kaldt nok (et sted under minus ti) både til å fryse sukker- og CO2-holdig vann og til å sprenge istykker en glassflaske. Om jeg skal dømme fra sprekkmønstret på flaska, så ser det ut som om trykket er blitt konsentrert under toppen av etiketten foran, helt til flasken brast og det forgrenet seg en rekke sprekker ut fra dette punktet. To av grenene omsluttet flasken helt slik at tuten og «skulderen» til flaska brakk av i to separate deler.

Det var en, så ble det tre.

Det var en, så ble det tre.

bilde 3

3. Tryllestøv i lufta

Da vi var ute og akte i dag var det fortsatt kaldt. Rundt minus ti. Akebakken vår ledet ned til en skålformet idrettsplass som er bygd oppå et igjenfylt tjern. Her er det fuktig og ofte tåkete.

I dag var det strålende sol og ikke tåke. Men det var noe i lufta allikevel. I bunnen av bakken glitret det i iskrystaller som svevde rundt oss i lufta. Det var veldig pent.

Merkelig nok så kan jeg ikke huske å ha sett dette fenomenet før. Kanskje jeg bare ikke har lagt merke til det? Ti minus er tross alt ikke så fryktelig kaldt. Var det en spesiell kombinasjon av fuktighet nede i gropa, akkurat riktig temperatur og lav sol som gjordet det mulig?

Google fortalte meg etter litt leting at dette fenomenet kalles Diamond Dust på engelsk. Det er en form for iståke, men den er ikke tjukk og ugjennomsiktig som tåke pleier å være. Jeg har ikke klart å finne et ordentlig ord for det på norsk. Noen som vet? Jeg greide heller ikke ta noe bilde, så jeg setter inn et spektakulert et som jeg fant på internettet.

"Sun spot" in ice crystals in the Grand Canyon of the Yellowstone/Jim Peaco/Flickr/CC license

«Sun spot» in ice crystals in the Grand Canyon of the Yellowstone/Jim Peaco/Flickr/CC license