De Magie van Wetenschap

In het programma De Magie van Wetenschap van de omroep HUMAN worden zeven briljante wetenschappers geportretteerd uit allerlei disciplines: van wiskundige Hendrik Lenstra en theologe Ellen van Wolde tot stamcelonderzoeker Hans Clevers. Het programma wordt gepresenteerd door mathematisch fysicus, en tevens voorzitter van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, Robbert Dijkgraaf.

Afgelopen zondag was het de beurt aan theoretisch fysisch-chemicus Theo Odijk. Odijk kreeg op zijn zevende een scheikundeboek van zijn vader en was gelijk verkocht. Ook ontdekte hij al vroeg zijn liefde voor wiskunde. Tekenend is bijvoorbeeld dat hij als tiener raketten bouwde en dat hij van te voren wou kunnen uitrekenen hoe hij een raket moest bouwen om een bepaalde hoogte te kunnen bereiken.

Odijk is door rugproblemen al een tiental jaar aan bed gekluisterd. Dit is erg vervelend, maar tegelijk geeft hem dit wel de tijd om diep over van alles na te denken. Een erg indrukwekkende reportage. Bekijk de aflevering hieronder of op uitzendinggemist. Andere afleveringen uit deze serie vind je hier.

Get Microsoft Silverlight
Bekijk de video in andere formaten.

Waarom sneller autorijden dom is

Het nieuwe kabinet heeft een heleboel nieuwe plannen. Als student ben ik het natuurlijk niet eens met de meeste plannen die te maken hebben met onderwijs en als onderzoeker ben ik het niet eens met een aantal van de investeringsplannen. Al die ideeën hebben voors en tegens en daar zou ik ellenlange artikelen over kunnen schrijven. Iedereen zou z’n ongezouten mening kunnen geven en met opgeheven kin zouden we uitgepraat raken.

Nu is er een discussie waar we erg kort over kunnen zijn, die ik graag even wil behandelen. Een simpele ja/nee-kwestie. Moeten we dit doen, of niet. Er wordt ook erg kort gesproken over deze kwestie, maar helaas komt de tegenpartij op een andere uitkomst dan ik. En een erg domme uitkomst ook. Ik zal het jullie uitleggen. De stelling:

Is het een goed idee om de maximum snelheid op bepaalde autosnelwegen te verhogen van 120 km/h naar 130 km/h?

Natuurlijk is het lekker om wat harder op het gaspedaal te kunnen drukken, maar getallen liegen niet, dus we doen een sommetje. Meestal zitten we in de auto om ergens te komen, dus de eerste vraag die we onszelf stellen is de volgende:

Hoeveel sneller is het als een auto van Groningen naar Weert rijdt (~300 km) en in plaats van de volle afstand 120 km/h, 130 km/h rijdt?

Dan is er nog een tweede vraag die wij onszelf moeten stellen. We geven om het milieu, dus is de volgende deelvraag:

Hoeveel meer brandstof verbruikt een auto die van Groningen naar Weert rijdt (nog steeds ~300 km) en in plaats van de volle afstand 120 km/h, 130 km/h rijdt?

Beiden niet zo lastig uit te rekenen, toch? Als je het leuk vindt (en dat doe je), stop hier met lezen en reken het zelf eerst even uit. Of als je geen pen en papier bij de hand hebt, doe een snelle berekening of gok uit je hoofd.

(300 km) / (120 km/h) = 2,5 h
(300 km) / (130 km/h) = 2,31 h
2,5 h - 2,31 h = 12 minuten

Als je het héle stuk 130 km/h zou rijden, ben je 12 minuten sneller.

Dan het brandstofverbruik. Eerst dit: 1 L brandstof is direct om te rekenen tot ~2,5 kg CO2, dus brandstofverbruik uitdrukken in liter of gram CO2 komt op hetzelfde neer. De belangrijkste bijdrage aan snelheidsafhankelijk verbruik zit ‘m in de luchtweerstand. De luchtweerstand schaalt met het kwadraat van de rijsnelheid — het motorvermogen is het product van de uitgeoefende kracht en de rijsnelheid en schaalt dus met de derde macht van de rijsnelheid. Dat betekent dat als een auto x keer zo hard zou rijden, hij x2 keer zoveel arbeid moet verrichten. Lang verhaal kort:

[(130 km/h) / (120 km/h)]2 = 1,174

Dat betekent dat een auto die 130 km/h rijdt, 17 % méér brandstof verbruikt dan eenzelfde auto die 120 km/h rijdt. Om dit in context te zetten: een auto kan 300 km met 130 km/h rijden, maar op dezelfde tank kan hij ruim 350 km rijden bij 120 km/h (van Groningen tot voorbij Brussel). Samengevat: om 7 % eerder op de plaats van bestemming aan te komen, verbruikt een auto 17 % meer brandstof.

Kortom, welke prutser heeft bedacht dat deze snelheidsverhoging een goed idee is? Mijn advies: afzetten en vervangen door een bèta.

Dank voor het na-rekenen Freddy

De Nieuwe Scheikunde

In 2005 haalde ik mijn vwo-diploma en sindsdien is er nogal wat veranderd in het middelbaar onderwijs. Sinds ik scheikunde studeer geef ik ook voorlichting aan scholieren, maar dat is dit jaar voor het laatst. Dat is goed ook, want nu merk ik pas echt hoeveel dingen er aan het veranderen zijn sinds ik studeer. Wiskunde A–D is geïntroduceerd, de profielen zijn omgegooid en nu bestaat er ook nog zoiets als De Nieuwe Scheikunde.

Ik kan niet anders dan een zuur en sceptisch gezichtje trekken.

Natuurlijk ben ik geïnteresseerd wat nieuwe scheikundestudenten voor achtergrond hebben, maar ik spreek niet zoveel docenten. Zij zullen het beste weten wat het middelbaar curriculum inhoudt, dus mijn vraag aan hen: kunnen jullie het me uitleggen?

Voor de rest: bekijk de volgende video door documentairemaakster Karin Schagen. “Geen strak geregisseerde film met ingestudeerde teksten en situaties, maar een serie spontane opnames en interviews, gemaakt op het Pallas Athene College in Ede (havo-pilotschool) en het Christelijk Lyceum Veenendaal (vwo-pilotschool).” Volgens de makers wordt in de film “goed weergegeven dat Nieuwe Scheikunde voortbouwt op een ontwikkeling die al langer gaande is.” Kan iemand me ook vertellen of jullie die ontwikkeling ook hebben gevoeld? Ik ben benieuwd.

edit: Heb ik dat, schrijf ik over het Nederlandse onderwijs, komt er opeens in alle kranten (Metro, Spits, Volkskrant, NRC, nrc.next) iets te staan over dat we terug gaan naar twee stromen: alfa en beta.

Een koe als kompas

Van een aantal kleinere dieren is het bekend dat zij het magnetisch veld van de aarde gebruiken als hulpmiddel bij navigatie, bijvoorbeeld bij migratie. Denk hierbij aan vogels, schildpadden en vissen. Maar is het jou wel eens opgevallen dat grazende koeien altijd naar het noorden kijken? Nee? Mij ook niet, maar het blijkt wel degelijk zo te zijn.

Wetenschappers van universiteiten in Duitsland en Tsjechië hebben, met behulp van satellietbeelden van Google Earth, van 8510 runderen en 2974 hertachtigen op vele locaties ter wereld bepaald welke kant ze op keken. Omdat de resolutie van de beelden niet altijd goed genoeg was om de voor- en achterkant van de koeien te onderscheiden, is hierin geen onderscheid gemaakt en hebben ze alleen de  ‘richting’ van de dieren bekeken.

Per gebied werd de gemiddelde richting van de betreffende diersoort bepaald. In onderstaande afbeelding, een histogram, zijn die gemiddeldes weergeven als blauwe stipjes. Elk blauw stipje is dus de gemiddelde richting van de dieren in één gebied. De gemiddelde richting van alle gebieden samen is de grote zwarte pijl.

Uitlijning van verschillende diersoorten: A) runderen, B) reeën, C) edelherten

De vraag is natuurlijk: staan de dieren in de richting van de geografische of juist de magnetische noord- en zuidpool? Door een aantal gebieden te analyseren waar er grote verschillen zijn in de richting van de geografische en magnetische polen (zoals New York, Oregon of Australië), kwamen de onderzoekers er achter dat ze naar de magnetische polen zijn gericht. Of te wel: de dieren lijnen zich uit aan het aardmagnetisch veld. Het is echter onbekend waarom deze beesten zich uitlijnen aan het aardmagnetisch veld en welk ‘evolutionair’ voordeel daar aan ten grondslag licht. Iemand nog een goede hypothese?

Lees hier het volledige artikel: Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer

Geld stinkt niet

Ik vind geld altijd maar raar ruiken. Ook als ik het heb aangeraakt, zit er daarna aan mijn handen een hele typische geur. Dezelfde geur zit aan andere objecten van bijvoorbeeld ijzer of koper. Ik vroeg mij al heel lang af waar die “metaalgeur” nu precies vandaan kon komen. Het leek me onwaarschijnlijk dat het ijzer of koper zélf voor de geur zouden kunnen zorgen: het leek me sterk dat ze daarvoor genoeg verdampen bij kamertemperatuur zodat er metaalatomen in je neus terecht konden komen. Mijn fiets is in elk geval na tien jaar niet merkbaar verdampt (maar wel verroest). Overigens kúnnen vaste stoffen wel degelijk verdampen (sublimeren heet dat eigenlijk). Denk maar eens aan vriesdrogen of het sublimeren van droogijs.

Als het niet het metaal zelf is dat stinkt, wat dan wel? Een verontreiniging uit het productieproces misschien? Dat zou raar zijn, want dan zou dezelfde soort vervuiling in veel metaalsoorten moeten zitten. Na wat zoeken kwam ik een artikel tegen dat al mijn vragen beantwoordde. Het artikel van vier wetenschappers van universiteiten in Amerika en Duitsland is getiteld “The Two Odors of Iron when Touched or Pickled: (Skin) Carbonyl Compounds and Organophosphines” (De twee geuren van ijzer wanneer het wordt aangeraakt of in contact komt met zuren: carbonyl- en organofosforverbindingen) en is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie International Edition.

De wetenschappers beschrijven in het artikel dat niet de ijzeratomen (Fe), maar juist de ijzer(II) ionen (Fe2+) aan het oppervlak de boosdoeners van de geur zijn. Die Fe2+-ionen aan het ijzeroppervlak zijn altijd wel aanwezig, want ze ontstaan vanzelf bij het roesten ervan. Een zweterige huid laat het gevormde Fe2+ in enkele seconden oxideren naar Fe3+. Bij dit proces worden op de huid aanwezige lipide-peroxiden, vet-moleculen met een peroxide groep, gereduceerd tot carbonylverbindingen. En die hebben erg vaak sterke geuren. Omdat de reactie zo snel verloopt, krijg je de illusie dat het metaal zelf stinkt. Dat is dus niet zo: je ruikt gewoon jezelf.

Er is nog een tweede mogelijke oorzaak van geuren. Sommige ijzerlegeringen, zoals gietijzer en staal, zijn rijk aan koolstof en fosfor. Wanneer deze ijzersoorten in contact komen met zuren (zoals zweet), kunnen er organofosforverbindingen ontstaan. Die stinken ook, maar op een andere manier. Sommige ervan zijn ook nog eens erg giftig, maar gelukkig ontstaan ze slechts in zulke kleine hoeveelheden dat er geen gevaar is.

Heb jij ook een vermoeden waar een luchtje aan zit, of wil jij ook weten hoe je het beste rijk kan worden? De Scheikundejongens leggen het je uit.