Fysikk og Fascinasjon

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


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!


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.