Fysikk og Fascinasjon

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


Legg igjen en kommentar

Rapport fra det Døde Havet

img_6642

Her er geologien i ferd med å vinne over badestrukturene.

Denne gangen har forskertilværelsen tatt meg til et sted jeg aldri egentlig hadde trodd jeg skulle reise til, nemlig Israel. Anledningen er forskernettverket vårt, NanoHeal, og vår Israelske partner har bestemt at samlingen denne gangen skulle holdes på et hotell ved Dødehavet.

Forskningen i nettverket handler om mineraler: Hvordan vokser krystaller, og hvordan løser de seg opp, når de befinner seg inneklemt mellom korn av andre materialer? Kan vi lage sterkere, bedre, mer miljøvennlige og mer holdbare materialer enn dem vi bruker i dag ved å studere hvordan biologiske organismer lager mineralene sine, som i skall og bein? Kan materialer som er laget av mineraler, sånn som betong, holde seg stabile i lang tid, sånn at vi kan bruke dem til å lagre radioaktivt avfall?
Egentlig er dette et ganske passende sted å holde et slikt møte. Her er det nemlig fullt av mineraler, som felles ut når dødehavsvannet fordamper:
img_6661

Geologi vinner over biologi. Om fem år vil dette være en del av det flere kilometer tykke saltlaget under vannoverflaten.

Egentlig stemmer det ikke helt at dette hotellet ligger ved Dødehavet. Stedet vi befinner oss på, Ein Bokek, ligger ved fordampningsdammene i den sørlige enden av sjøen. Dette var en del Dødehavet så sent som i 1972, men siden den gang har vannstanden falt med over 20 meter, og den sørlige delen ville ha vært et tørt lag med salt om det ikke hadde vært for pumpene som flytter vann fra nord til sør.
Vanlig havvann er fullt av stoffer som kan være nyttige for oss mennesker, men siden det er såpass lite av dem i hver liter vann er det for kostbart å utvinne dem. Her i Dødehavet er konsentrasjonene høyere, og ved å pumpe vannet inn i grunne bassenger, der sollyset får vann til å fordampe og de nyttige stoffene til å bli enda mer konsentrert, kan man utvinne elementer som kalium (til kunstgjødsel), magnesium og andre stoffer i form av salter.
Det er ganske overveldende å se hvordan sjøen her er fullstendig kontrollert av menneskelig aktivitet. I den ene enden, i sør, dannes et 20 cm tykt lag med salt i bunnen av fordampingsdammene hvert år. Dette gjør at hotellene må bygge strendene sine oppover, og at ved de eldste hotellene må man nå gå opp en trapp for å komme ut på stranden fra bassengområdene utendørs.
img_6647

Dette utebassenget har mistet havutsikten sin.

I nordenden er situasjonen enda mer dramatisk. Ikke bare pumpes vannet ut av sjøen for å fordampe, det har heller ikke kommet nevneverdige mengder av nytt vann inn i sjøen siden Jordanelven ble demmet opp for å brukes i jordbruket, på 60-tallet. I dag synker vannstanden i Dødehavet med over en meter i året. Dette har ikke bare ført til at det har blitt langt å gå til stranden fra hotellene i nord. Det lille regnvannet som renner over de tørrlagte breddene av sjøen, løser opp saltlagene i undergrunnen og får tusenvis av synkehull til å åpne seg og ødelegge veier og bygninger. Erosjon er et kjempeproblem, og de økologiske konsekvensene er selvfølgelig enorme.
img_6628

Erosjon på slettene ned mot den nordlige delen av Dødehavet. Utsikt fra Massada.

For å bøte på problemet med uttørring av Dødehavet, er det planer om et system av rør og kanaler som skal flytte vann fra Rødehavet og inn i Dødehavet. Underveis skal deler av vannet avsaltes og brukes som drikkevann. Dette er et stort prosjekt med mange potensielt negative konsekvenser for miljøet, i og rundt både Rødehavet og Dødehavet. Om du vil lese mer om dette prosjektet kan Wikipedia-siden være et greit sted å starte.

Advertisements


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.


Legg igjen en kommentar

Ørkenbillen og det forsinkede flyet

I den namibiske ørkenen, der ingen skulle tru at nokon kunne bu, lever en bille ved navn Stenocara gracilipes. Om morgenen, når tåken ruller inn fra havet, klatrer billen opp på toppen av en sanddyne og stiller seg med rumpa opp. Etterhvert danner det seg vanndråper på ryggen til billen. Når dråpene har blitt store nok, løsner de og triller nedover til billens munn. Slik blir den stående til den har fått nok vann til å klare seg resten av dagen.

5727784378_89665f9f1c_z

Namibisk ørkenbille. Denne heter Onymacris unguicularis, men fungerer på samme måte som vår venn stenocara. Bilde: James Anderson/Flickr/CC license

Det som får dråpene til å vokse er at ryggen til billen er dekket av et mønster med hydrofile, vannelskende, humper på en hyrofob, vannhatende, bakgrunn. Vannet i tåken fester seg til de hydrofile humpene og bygger seg opp til større og større dråper, som ikke vil spre seg utover på det hydrofobe underlaget. Siden de har en relativt liten overflate å henge seg fast i, løsner de når de har kommet over en viss størrelse, og kan trille fritt nedover som en dråpe på et marikåpeblad.

Denne geniale billeteknologien har forskere en god stund brukt som utgangspunkt for overflater som kan høste drikkevann fra luftfuktighet i tørre områder. Men det er mer. Som vi kjenner godt til, kan fuktig luft fryse på overflater. Dette kan skape forsinkelser i flytrafikken fordi flyene må stå i kø for å komme bort til den sci-fi aktige avisningsmaskinen. Her sprayes gufne eller mindre gufne kjemikalier på flyvingene for å senke frysepunktet, slik at det blir mindre sjanse for nedising. Kanskje ørkenbillen kan gi oss et hint om hvordan dette kan gjøres bedre?

Svaret er selvfølgelig ja, og her kommer oppdagelsene på løpende bånd. I desember i fjor ble det publisert en artikkel der man viser hvordan avisingen kan gjøres bedre ved å spraye på frostvæsken som små dråper istedenfor en sammenhengende hinne. De små dråpene av frostvæske er nemlig slik at de gjerne vil ha mer vann i seg. Når vanndampen kommer i nærheten av disse dråpene, og får valget mellom å starte en ny liten dråpe på underlaget ved siden av eller å hoppe inn i frostvæskedråpen, velger de helst det siste. Om  disse dråpene legges med passe stort mellomrom, vil de dermed holde overflaten tørr mellom seg. Vannet som har havnet i frostvæsken blandes fort med resten av dråpen, slik at frysepunktet holdes lavt. Om man legger frostvæsken jevnt utover hele flyvingen, skjer blandeprosessen treigere, og det vil lettere kunne dannes et lag med nesten rent vann på toppen av hinnen, som kan fryse til is. Derfor er dråpemetoden mer effektiv.

Det neste forslaget, som ble publisert i Nature nå i januar, er å kle flyvingen i en ørkenbille-drakt. Da vil vannet samle seg på de vannelskende flekkene, med tørre områder imellom, som i eksempelet over. I dette tilfellet fryser vanndråpene ganske kjapt til is. Men, siden flekkene sitter forholdsvis langt fra hverandre, utvikler ikke dette seg til et sammenhengende ispanser. Kan det være bedre å få litt is på flyvingen, på en kontrollert måte, enn plutselig og ukontrollert isvekst? Isåfall kan dette være veien å gå.

 


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

Etter regnet

Etter regnet glitrer det i tusenvis av vanndråper. De ligger som perler på de superhydrofobe bladene. Kløver, marikåpe og gress er blant de beste. Disse bladene er dekket av ørsmå hår, dekket av et stoff som vannet ikke kan fordra. Derfor blir vanndråpene liggende og balansere som klinkekuler oppe på toppen av hårståene.  

Neste vindpust vil få dem til å trille av. Støv og rusk på bladene vil klistre seg fast i dråpene og bli med på veien. Vips, så er bladene tørre og rene igjen. 

20140525-182658.jpg


2 kommentarer

Frossenfiskfysikk

Jeg ville egentlig skrive om våren, men jeg får det ikke til. Våren er biologiens tid. Hva kan jeg si om knopper, trekkfugler eller følelsen av å løpe på tørre stier uten lue og ullsokker?

Jeg nøyer meg for øyeblikket med å nyte våren, og flytter fokus til dagens middag.

Som mange andre har vi et lager av frosne fiskefilleter i fryseren, som vi bruker til å tilberede den sedvanlige småbarnsfamiliematen. Supertrikset er å ta fisken ut av fryseren og legge den i kjøleskapet om morgenen. Da er den tint og klar til middag, samtidig som man sparer strøm fordi frossenfisken hjelper til med å kjøle ned kjøleskapet. Men, sløve som vi er, hender det ofte at vi må starte middagslagingen med helt frossen fisk.

Triks B er da å legge fisken i kaldt vann, og gjerne la vannet renne for å få det til å gå enda fortere. Varmt vann er fristende men dumt, for da kan man ende opp med fisk som er ferdig tilberedt utenpå og fortsatt frossen inni (jeg har prøvd). Men nok om det. Når jeg tiner fisken i kaldt vann skjer det alltid noe rart.

Først er fisken kald og helt hard.

20140330-210012.jpgEtter å ha ligget en stund i vann er den blitt litt mykere, men den er dekket med et ganske tykt lag med is.

20140330-210030.jpgJeg har altså tint fisken, men laget ny is? Hvorfor i all verden? Vannet som er brukt er jo langt over frysepunktet. Jeg synes dette er like rart hver gang.

Det skyldes selvfølgelig ikke magi, og her er min hypotese for hva som skjer:

1. Fisken kommer fra fryseren, der temperaturen holder ned mot -20 grader. Der er alt vannet inne i fisken frossent.

2. Vannet inne i fisken inneholder mye salt og andre stoffer. Derfor er frysepunktet et godt stykke under null grader, akkurat som isen på veien smelter i kuldegrader når man strør på salt.

3. Når den kalde fisken kommer ned i det forholdsvis varme vannet, kjøler den ned vannet som ligger inntil overflaten. Siden fisken er langt under null grader kan det nærmeste vannet fryse til is.

4. Etterhvert blir fisken varmet opp så mye at den når smeltetemperaturen for vannet inne i fisken. Jeg vet ikke hva det er. La oss si det er minus fem grader. Nå vil temperaturen holde seg på minus fem inne i fisken helt til den er helt tint. Varmen som strømmer til fisken fra vannet omkring blir ikke brukt til å heve temperaturen, men til å smelte saltvann.

5. Rett utenfor fisken strømmer varmen fra det rene vannet of inn til fisken. Temperaturen kryper under null. Vannet på utsiden fryser til is, mens isen på innsiden smelter. Først når fisken er helt tint vil temperaturen inne i fisken komme over null grader, fisken vil slutte å stjele varme fra vannet på utsiden, og isen rundt fisken kan smelte.

Laget med is vil gjøre det vanskelig for varmen å komme seg inn i fisken. Derfor er det et godt triks å la vannet renne. Da vil man hele tiden tilføre nytt varmt vann, og islaget rundt fisken blir ikke så tykt.

Nå fikk jeg litt lyst til å stikke et termometer inn i fisken neste gang jeg skal tine fisk. Eller kanskje noen andre vil prøve? Hva er egentlig frysetemperaturen for laksefilleter?

 

 


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!