Hier vind je 3 proefjes die verschillende gebieden van de natuurkunde beslaan: van stromingsleer tot quantummechanica. Voor alle proefjes geldt: doe eerst het proefje en observeer wat er gebeurt, lees dan pas de uitleg. De uitleg van het eerste proefje staat bij het proefje. De uitleg die bij de andere proefjes hoort, staat in een pdf. Illustraties: Rutger Wijnhoven.
De beker van Pythagoras
Benodigdheden
- Drie plastic bekertjes
- Rietje met knik of flexibel, waterbestendig buisje
- Een schaar
- Plakband of tape
- Eventueel: kleurstof, meer plastic bekertjes en rietjes
Werkwijze
Zet de eerste beker op het aanrecht, zet de tweede beker er op zijn kop naast en zet hier de derde beker op. Prik met de schaar, iets boven het midden, een gaatje in de derde beker. Steek een rietje door het gaatje; zorg er hierbij voor dat het ene uiteinde van het rietje de bodem van de beker raakt en hang het andere uiteinde in de onderste, rechtopstaande beker. Zorg ervoor dat het uiteinde van het rietje aan de buitenkant van de beker lager hangt dan het uiteinde in de beker. Plak het gat om het rietje heen goed af met tape, zodat er geen water door het gat uit de beker kan stromen.
Vul nu de beker met water tot iets onder het gat (voeg eventueel kleurstof toe, voor een dramatischer effect). Het water blijft keurig in de beker zitten. Vul dan de beker tot deze bijna vol is. Wat gebeurt er?
Wat zie je?
Als het goed is, begint het water door het rietje naar de onderste beker te stromen en stroomt de bovenste beker helemaal leeg. Deze proef is gebaseerd op de beker van Pythagoras, ook wel de beker van rechtvaardigheid genoemd. De beker is bedacht door de wiskundige Pythagoras, om ervoor te zorgen dat zijn studenten niet te veel wijn zouden drinken. Zodra de gebruiker te gulzig is en de beker te vol schenkt, stroomt deze in één keer helemaal leeg.
Hoe kan dit?
Wanneer je de beker vult, zal het water in het rietje precies even hoog staan als in de beker, dit is de wet van de communicerende vaten. Als je de beker vult tot onder het gat en dus tot onder het buigpunt van het rietje, dan zal het water in het rietje ook onder het buigpunt staan en gebeurt er niks.
Echter, schenk je het water tot boven de knik van het rietje, dan zal het water in het rietje de knik overbruggen en de lagere beker in stromen. Nu zou je misschien verwachten dat deze stroom weer zou stoppen zodra het water in de beker tot onder het gat is gedaald, maar dit is niet het geval. Het geheel vormt namelijk een hevel.
In het hogere glas drukt de luchtdruk op het wateroppervlak en duwt het water als het ware naar beneden. Aan de uitstroomkant van het rietje is de druk gelijk aan de luchtdruk min het zwaartekrachtverschil tussen het instroompunt en het uitstroompunt van het rietje. Wanneer het uiteinde van het rietje lager ligt dan het instroompunt, is de druk daar dus lager dan aan het instroompunt. Onder invloed van dit drukverschil zal de vloeistof gaan stromen, net zolang tot de bovenste beker leeg is.
Je kunt deze proef ook met meer bekers uitvoeren. Stapel de bekers op tot een halve piramide en steek in elke beker, net boven het midden, een rietje, behalve in de onderste beker. Vul ook alle bekers, behalve de onderste, tot de helft met water (en verschillende kleuren kleurstof) en vul dan de bovenste beker helemaal. Bekijk je zelfgemaakte watervaleffect. Let op: het onderste bekertje kan overstromen…
Je kunt de beker van Pythagoras trouwens ook kopen, google maar eens. Leuk om een grap met je vrienden uit te halen.
Leuk weetje: de meeste wc’s werken ook met een hevel. Als je de wc thuis doortrekt, wordt deze helemaal leeggezogen, precies zoals bij de beker van Pythagoras.
De reflecterende cd en het tweespletenexperiment
Benodigdheden
- Een cd waarvan ten minste één kant onbedrukt is
- Een zaklamp
- Een laser, bijvoorbeeld een laserpointer
- Een witte muur/tafel/scherm
Werkwijze
Let op! Een laserstraal kan blindheid veroorzaken wanneer deze in je ogen komt. Kijk dus nooit in een laser en schijn een laser niet in iemands ogen, ook niet via reflectie!
We gaan de reflecties van een lichtbundel (zaklamp) en van een laser bekijken als we deze laten reflecteren op de spiegelende kant van een cd. Houd de cd vast met de spiegelende kant richting de muur en schijn de zaklamp zo op de cd, dat de reflectie duidelijk op de muur te zien is. Wat zie je? Als het goed is, zie je de reflectie van de zaklamp als een bundel licht op de muur. Wat verwacht je te zien als je de laser op de muur reflecteert?
Pak nu de laserpointer en doe hetzelfde. Let op dat de reflectie niet in je ogen schijnt. Wat zie je nu, wat gebeurt er?
Gepolariseerd licht
Benodigdheden
- Twee 3D-brillen of gepolariseerde zonnebrillen
- Een lcd-scherm van een telefoon, horloge of televisie. (iPhones en iMacs werken niet zo goed)
Werkwijze
Zet één van de 3D-brillen op en houd het scherm recht voor je. Sluit één van je ogen en kijk met je andere oog naar het scherm. Wissel dan van oog en kijk weer naar het scherm. Draai het scherm of je hoofd nu een kwartslag en kijk weer om de beurt met je ene en dan met je andere oog naar het scherm. Wat zie je? En als je het scherm of je hoofd diagonaal houdt? Als het goed is, zie je het scherm soms wel en soms niet, afhankelijk van met welk oog je kijkt en hoe je het scherm houdt.
Houd nu één oog gesloten en draai het scherm zo dat het licht door het glas voor je open oog geblokkeerd wordt, je ziet het scherm dus niet. Pak nu de tweede 3D-bril en houd een van de glazen van de bril diagonaal tussen het scherm en het glas van de bril die je op hebt. Wat gebeurt er?
Kaars doven
Benodigdheden proefje 1
- Een kaarsje (of waxinelichtje)
- Een bord
- Een glas, het liefst met een smalle opening
- Azijn (ongeveer 50 ml)
- Een theelepel bakpoeder
Werkwijze
Steek het kaarsje aan en zet het op een bord. Giet dan de azijn in het glas. Voeg een theelepel bakpoeder aan de azijn toe. Het geheel gaat nu een beetje schuimen. Kantel het glas vlak boven de vlam, alsof je de inhoud over de kaars zou gieten, maar zorg dat de vloeistof in het glas blijft. Wat gebeurt er?
Benodigdheden proefje 2
- Een waxinelichtje
- Een diep bord
- Een glas limonade (of andere gekleurde vloeistof)
- Een schoon glas
Werkwijze
Zet het waxinelichtje in het midden van het bord en giet voorzichtig de limonade om het waxinelichtje heen. Zorg dat het waxinelichtje niet nat wordt. Steek dan het waxinelichtje aan. Houd het glas even op zijn kop boven het waxinelichtje en zet het glas vervolgens over het waxinelichtje heen. Wat gebeurt er?
Wacht een tijdje. Wat gebeurt er nu?
De zuil van Volta
Benodigdheden
- Acht koperen muntjes (bijvoorbeeld muntjes van vijf cent)
- Een stuk keukenpapier
- Een stuk aluminiumfolie
- Een ledlampje
- Een schaar
- Azijn
- Zout
- Eventueel: een multimeter
- Eventueel: koperdraad
Werkwijze
Maak eerst de muntjes schoon door ze in een bakje met een deel van de azijn en het zout te leggen. Je zou de muntjes ook een nachtje in een glas cola kunnen laten weken.
Knip intussen acht rondjes uit het aluminiumfolie en acht rondjes uit het keukenpapier, allemaal ter grootte van de muntjes. Dompel de rondjes van keukenpapier in azijn.
Dep de muntjes, als ze schoon zijn, goed droog. Begin dan met stapelen: leg een grote reep aluminiumfolie onderop. Leg hierop een muntje en dan een rondje nat keukenpapier. Plaats hierop weer een rondje aluminiumfolie, een muntje en keukenpapier. Ga daar mee door tot de acht muntjes gestapeld zijn in een nette toren. Eindig met een muntje.
Verbind nu de pluskant van het lampje met het bovenste muntje en verbind het onderste laagje aluminiumfolie met de minpool van het lampje (gebruik eventueel wat koperdraad om de verbindingen te verlengen). Als je een multimeter hebt, kun je de spanning over de toren ook meten. Wat gebeurt er?
Verantwoording
Deze proefjes zijn eerder verschenen in de Robbert, een uitgave van het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde ter gelegenheid van het honderdjarig bestaan van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging.
