Op blaadje 18 oktober van de Quest Scheurkalender 2020 lezen we op de voorkant: Hoe kan wc-water uit een laaghangend reservoir krachtig spoelen? Op de achterkant staat het antwoord: ‘Bij een laaghangend reservoir is de diameter van de valpijp 50 millimeter in plaats van de 32 millimeter bij een ouderwets reservoir. Door de extra breedte ontmoet het water minder weerstand. Het is deze kleinere weerstand die compenseert voor de verloren valkracht.’
Een ouderwets reservoir hangt hoog boven het toilet.
a) Welke energieomzetting vindt plaats na doortrekken?
Zwaarte-energie naar bewegingsenergie.
b) Er staat dat er ‘verloren valkracht’ is. Leg uit waarom dat niet juist is.
Als met valkracht de zwaartekracht bedoeld wordt, dan is er tussen beide reservoirs geen verschil (aangenomen dat er even veel water in zit).
c) Welk ander woord zou beter passen in plaats van ‘valkracht’?
Zwaarte-energie. Als het reservoir zich lager bevindt is de zwaarte-energie ten opzichte van de toiletpot kleiner.
d) Bereken hoeveel keer zo groot de doorsnede van de valpijp is bij het laaghangend reservoir.
A = πr2. De diameter is 50/32 x zo groot, de doorsnede dus (50/32)2 = 2,4 x zo groot.
In een modern toilet is de valhoogte van het water kleiner, maar het ondervindt tijdens het vallen minder weerstand. Quest zegt dat deze verschillen elkaar compenseren, dat wil zeggen dat ze tegen elkaar wegvallen. Het water zou dus even hard de pot instromen.
e) Denk je dat dit klopt? Leg uit waarom.
Je zou als volgt kunnen redeneren.
- Het zwaartepunt van de watervoorraad ligt ongeveer in het midden van het reservoir. Zo te zien is de valhoogte bij het moderne reservoir zeker vier keer zo klein als bij het ouderwetse reservoir. De zwaarte-energie is dan ook vier keer zo klein. Dat betekent dat het water vier keer zo weinig energie heeft als het in de pot komt.
- De pijp van het moderne reservoir is 2,4 x zo breed en de weerstand die het water van de wand ondervindt is ietsje kleiner. Dus het water uit het reservoir zal ongeveer twee keer zo gauw in de pot zijn.
- Bij het modern toilet heeft het water maar een vierde van de energie, maar het komt twee keer zo snel in de pot.
Het is dan onwaarschijnlijk dat de kleinere weerstand compenseert voor de kleinere hoogte.
En het antwoord is nee.
Er zijn veel misverstanden over de werking van het toilet met laaghangend reservoir. Eerst kijken we naar het waterslot.
Je kent het waterslot van de wastafel. Zie figuur 3.
f) Het waterslot heet ook wel stankafsluiter. Waarom ? (Andere namen: zwanenhals, sifon.)
Uit het riool komt rioollucht. Die wil je niet in huis hebben. In het waterslot blijft water staan. Daardoor is er geen open verbinding tussen binnenshuis en het riool.
g) Leg uit wat er in het waterslot gebeurt als de wastafel leeg loopt.
Aan de wastafelkant van het waterslot stijgt het niveau, maar onmiddelijk zal dan aan de rioolkant water over de bocht stromen, zodat het links en rechts weer even hoog staat.
Nu kijken we naar de toiletpot. Ook die heeft een waterslot. Als je een kleine hoeveelheid water in de pot gooit, gebeurt hetzelfde als bij de wastafel.
h) Welke kracht is hiervoor verantwoordelijk?
Zwaartekracht
Maar als je het toilet doortrekt – sjoesjjj ... – dan loopt het in één keer weg. Het waterslot is hierbij compleet gevuld. Figuur 4 laat dat zien.
Om te begrijpen waardoor het water in één stroom doorloopt zijn twee verschijnselen van belang:
- watermoleculen trekken elkaar aan (zoals in een druppel aan een lekkende kraan); dat heet cohesie
- iets wat vaart heeft schiet door (zoals een bal die je wegtrapt); dat heet traagheid.
i) Gebruik de begrippen cohesie en traagheid om te verklaren dat het water in de pot in één stroom naar het riool gaat.
Cohesie zorgt er in dit geval voor dat het wegstromende water één geheel blijft. Het water ondervindt in de afvoer weinig weestand. Traagheid zorgt er dan voor dat het water met grote snelheid dóórstroomt.
Je hebt vast wel gemerkt dat aan het eind vaak geborrel uit de pot opstijgt.
j) Hoe zou dat komen?
Als het ‘staartje’ water door de afvoer gaat, is het rechter deel van het waterslot niet meer compleet gevuld met water. Het door de afvoer naar beneden stromende water drukt daar de lucht opzij. Die kan nu opstijgen en de pot bereiken.
Nu keren we terug naar het antwoord van de scheurkalender.
k) Geef een betere uitleg.
Een beter antwoord zou zijn: ‘Bij een laaghangend reservoir is de diameter van de valpijp 50 millimeter in plaats van de 32 millimeter bij een ouderwets reservoir. Door de extra breedte stroomt er ineens een grote hoeveelheid water door het waterslot. Dat is dan helemaal gevuld met water. Door de cohesie van de watermoleculen en de traagheid stroomt het als één geheel door naar de afvoer.’
