Nationale Wetenschapsquiz 2011: van bonbons tot een natte theedoek

In de jaren negentig maakte Wim T. Schippers van de Nationale Wetenschapsquiz een heerlijk chaotische wetenschapsexplosie.Toen ik voor het eerst naar de Nationale Wetenschapsquiz keek, was ik nog maar half zo oud als nu. De quiz werd toen nog gepresenteerd door Wim T. Schippers (wiens stem je wellicht kent van Ernie uit Sesamstraat). Zijn chaotisch enthousiasme maakte van de quiz een echt fenomeen. (Herinner je je ook nog zijn assistente? Dat was Edith de Leeuw: geen actrice die een typetje speelde, maar een professionele statistica, zo ontdek ik zoveel jaar na datum!) Naast stemacteur en presentator is Wim T. Schippers ook beeldend kunstenaar. Dit jaar kwam zijn werk ‘Pindaklaasvloer’ nog in de media, nadat een onoplettende museumbezoeker erop gestapt was. Ook het “Torentje van Drienerlo” op de campus van de Universiteit Twente (een kerktoren die uit een vijver steekt) is een werk van Schippers. Ik dacht die verzopen kerktoren aangeeft hoe diep Nederland onder zeeniveau ligt, maar volgens Wikipedia gaat het om een “symbool voor het achterblijven van kerkelijke dogma’s bij nieuwe wetenschappelijke inzichten“.

Toen ik voor het eerst naar de Nationale Wetenschapsquiz keek, zat ik nog op de middelbare school en was ik zo naïef te denken dat ik de quiz foutloos zou kunnen oplossen eens ik wetenschappen gestudeerd had. Jammer maar helaas, om het met Wim T. Schippers te zeggen: net als in de jaren negentig heb ik ook in 2011 een paar vragen juist en een paar vragen fout beantwoord.

De Nationale Wetenschapsquiz 2011.Er zat dit jaar ook een leuke optica-vraag tussen: waarom ziet een gekleurde handdoek er donkerder uit als hij nat is? Dat had ik me eigenlijk nog nooit afgevraagd. Natte stukken van een handdoek laten, net als vetvlekken op papier, meer licht dóór – dat had ik wel al gezien. De uitleg tijdens de uitzending en die op de website vond ik niet helemaal duidelijk, dus probeer ik het hier zelf te beredeneren in drie stappen.

(1) Weerkaatsing en strooiing. De kleur van een handdoek ontstaat doordat de doek een deel van het witte omgevingslicht absorbeert en een deel reflecteert. Als er, om één of andere reden, minder reflectie is, zien wij dit als “donkerder”. Terwijl een glad oppervlak, zoals van een spiegel, al het licht dat onder dezelfde hoek invalt ook in dezelfde richting weerkaatst, is dat bij een ruw oppervlak niet zo. Bij een handdoek kan men dus beter spreken van strooiing aan het oppervlak.

(2) Stapsgewijs veranderen van de brekingsindex. Bij elke overgang tussen stoffen met een verschillende brekingsindex, wordt een deel van het licht weerkaatst en een deel doorgelaten. Aan de microscoop kan dit vervelend zijn: het draagglaasje, het dekglaasje en de lenzen hebben allemaal dezelfde brekingsindex (van glas), maar daar zit telkens een laagje lucht tussenin met een lagere brekingsindex. Hierdoor gaat er onderweg aan elke overgang heel wat weerkaatst licht verloren. Met speciale olie, die dezelfde brekingsindex heeft als glas, kun je de ervoor zorgen dat het licht overal door dezelfde brekingsindex gaat (‘refractive index matching‘). Bij elke olie-glas overgang wordt alle licht doorgelaten, terwijl je bij elke lucht-glas overgang lichtintensiteit kwijtraakt door gedeeltelijke weerkaatsing. Als je geen olie hebt, kun je het ook met water proberen: dit heeft een brekinginsdex die tussen die van lucht en glas in ligt: door de brekingsindex in stappen te veranderen, in plaats van bruusk in keer, wordt het aandeel van reflectie verminderd.

(3) Lucht-draad overgangen. De handdoek bestaat weliswaar uit draden, niet uit glas, maar als die draden licht (voor een deel) doorlaten, kun je ook daaraan een brekingsindex toekennen. Ja, er zijn weldegelijk wetenschappelijke studies naar de brekingsindex van textielvezels (voorbeeld). (a) In droog textiel zijn er heel wat lucht-draad overgangen. Bovendien zal een deel van het licht dat door een eerste textielvezel is gegaan alsnog weerkaatst kunnen worden aan het oppervlak van de volgende draad, maar dit aandeel lijkt me eerder klein. (b) Bij een natte doek zorgt het water voor brekingsindex-aanpassing, wat de reflectie verlaagt. Er zijn verschillende mogelijkheden die allen hetzelfde effect hebben. Water dat in de vezels kruipt, verlaagt de brekingsindex van de vezels zelf, met minder reflectie tot gevolg. Water dat in een dun laagje om de vezels heen zit, verlaagt dat stapsgewijs de brekenisindex, waardoor er ook minder reflectie is. Water dat de volledige ruimte tussen de vezels opvult (dit lijkt plausibel door capillariteit) zorgt ervoor dat er nauwelijks nog brekingsindex-overgangen zijn in de handdoek; hierdoor neemt het aandeel weerkaatsing in diepere lagen van de handdoek af.

Conclusie: Van een natte handdoek weerkaatst er minder licht dan van een droge, doordat het brekingsindexverschil tussen lucht en water kleiner is dan het verschil tussen lucht en textiel. Bovendien kan er bij een natte doek geen licht worden weerkaatst van diepere lagen, omdat er daar geen brekingsindexovergangen meer zijn, terwijl dit bij een droge doek ook nog kan bijdragen aan de helderheid.
Er wordt meer licht doorgelaten in een natte handdoek en dat komt er aan de achterkant weer uit. Zo komt het dat de natte vlek aan de kant van de lichtbron donkerder en aan de tegenovergestelde kant lichter is dan droge stukken van de handdoek.

Ondanks alle moeilijke wendingen, slaagden er dit jaar drie mensen in om alle vragen juist te beantwoorden. Chapeau! Alle antwoorden met een beetje uitleg en het filmpje uit de uitzending kun je hier vinden.

Gelijkaardige berichten:

Facebooktwittergoogle_plusredditpinteresttumblrmail

3 Reacties

  1. Pingback: Demon van Laplace en doosjes van Bertrand » Sylvia's blog

  2. Pingback: Nationale WetenschapsQuiz 2013: een tip! » Sylvia's blog

  3. Pingback: Tekenen met water – Sylvia's blog

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

35 ÷ = 5