Antwoorden NWQ 1998

Vraag 1: Als je een fles champagne voorzichtig opent, ontsnapt er vaak een pluimpje mist. Wat is dat?

• Water

Op het moment dat je de fles opent, valt in één keer de koolzuurdruk weg. Dit fenomeen heet adiabatische expansie. Het uitzetten van het uitdijende gas kost energie die aan het gas wordt onttrokken. Het gas koelt daardoor af, waardoor de waterdamp die in het gas aanwezig is, condenseert. Dat is de mist die je ziet. Antwoord B is dus juist. In een vliegtuigcabine waar de druk plotseling wegvalt, gebeurt hetzelfde. In de cabine hangt dan in één keer een dikke mist.

Antwoord c is fout: Het is geen koolzuur, dat condenseert pas bij zo'n 79 graden onder nul en zo koud wordt het niet.

Vraag 2: Je zet twee even grote stekjes van dezelfde plant op de vensterbank en geeft ze regelmatig met een gieter evenveel water. Eén van de twee stekjes aai je elke dag een beetje, het andere laat je onberoerd. Welk effect heeft deze behandeling na een paar weken op de groei van de planten?

• De vertroetelde plant blijft in groei achter

In 1990 deden onderzoekers van de Stanford University in de Verenigde Staten een experiment met het onooglijke plantje Arabidopsis (de zandraket, een soort fruitvliegje onder de planten). Ze besproeiden kleine planten met hormonen en keken of dat effect op hun groei had. Dat bleek inderdaad het geval, ze groeiden langzamer. Ook bleek dat planten die alleen met water besproeid waren, eveneens langzamer groeiden. Men kwam erachter dat aanraking de groei vertraagt. Een typisch geval van serendipiteit. Door de aanraking wordt een aantal genen geactiveerd dat groeiremmend werkt. De officiële term voor dit verschijnsel is thigmomorfogenese.

De vraag is waarom planten zo reageren. Onderzoekers stellen dat planten zich moeten wapenen tegen windvlagen. Dat doen ze door hun structuur te versterken. Maar daar is extra energie voor nodig en dat gaat ten koste van de groei.

Een experiment met maïs toont aan dat als maïsplanten elke dag 30 seconden worden geschud, hun opbrengst met 30 tot 40 procent afneemt ten opzichte van vergelijkbare planten die niet geschud zijn. Aanraken is dus bepaald niet vertroetelen.

Vraag 3: Twee balletjes hangen elk aan een touwtje. Het ene is glad, het andere heeft veel putjes in het oppervlak. De balletjes zijn even groot en even zwaar. Je blaast ze beurtelings, onder dezelfde condities met een bladblazer van je af. Welk balletje wordt het verst weggeblazen?

• Het gladde balletje

Eigenlijk moeten we het eerst hebben over de vraag waarom er putjes in een golfbal zitten. De eerste golfballetjes waren glad. Maar door het slaan met de golfstick kwamen er putjes in. En toen bleek dat die balletjes met putjes sneller waren. Hoe komt dat nu?

Het gaat hier om turbulentie, drukverschillen en weerstandskrachten. Een bal die de lucht in wordt geslagen, ondervindt weerstand doordat de luchtdruk vóór de bal groter is dan de luchtdruk achter de bal. Daardoor wordt de bal afgeremd. Bij een glad balletje gaat de lucht keurig langs de bal aan de voorkant. Maar bijna halverwege de bal raakt de lucht los van het gladde balletje en ontstaat er in het zog van de bal een groot lagedrukgebied. Dat veroorzaakt een drukverschil tussen de voor- en de achterkant.

Nu is de (weerstands)kracht het resultaat van de druk X op het oppervlak. Bij het gladde balletje werkt het drukverschil over een groot oppervlak; het zog van de gladde bal beslaat de hele achterkant van het balletje. Als je het zog nu kunt verkleinen, verklein je ook het oppervlak waarop het lagedrukgebied actief is en dus de weerstandskracht. Dat is precies wat er gebeurt als je kleine putjes in het balletje slaat.

Bij een balletje met putjes zorgen die putjes ervoor dat de lucht als het ware langer aan de bal blijft vastplakken. Het zog wordt dan kleiner en daarmee ook het oppervlak waarop het actief is en dus is de weerstand van het gebutste balletje kleiner.

In ons geval hebben we de balletjes stil gehangen en laten we er lucht langs stromen. De weerstand van de gladde bal is groter dan die van de gebutste. Daardoor zal de gladde bal verder weg gedrukt worden. Antwoord a, het gladde balletje is dus juist.

Vraag 4: Je leert een hond een kunstje door hem te belonen met een koekje. Daarna wil je hem het kunstje weer afleren door juist geen koekje te geven. Wanneer duurt het afleren het langst?

• Als je hem bij het aanleren willekeurig in de helft van de gevallen hebt beloond

Dieren en mensen kun je van alles leren door hun gedrag te belonen. Zeg 'spring' tegen een hond en als hij dan toevallig een keer springt, beloon je hem onmiddellijk. Dat is conditioneren. De hond krijgt twee associaties. De associatie commando 'spring' en springen, en de associatie beloning en springen. Als je dat constant beloont, zal de hond snel leren. Je zou verwachten dat hij het daarna moeilijk afleert. Maar dat is niet zo. Het is veel moeilijker afleren als je de hond maar af en toe beloont. Er ontstaat dan namelijk nóg een associatie: de associatie tussen de herinnering geen koekje te hebben gehad en springen. Er zijn dan drie associaties en drie associaties zijn moeilijker uit te wissen dan twee. Uit experimenten blijkt dat de drie associaties het sterkst worden als je de hond maar in de helft van de gevallen beloont.

Antwoord a, in de helft van de gevallen, is dus juist.

Vraag 5: Prins Willem-Alexander lijkt genetisch waarschijnlijk meer op zijn oma, Prinses Juliana, dan Juliana op haar opa van vaders kant, Friedrich Franz II, groothertog van Mecklenburg-Schwerin. Hoe komt dat?

• Door extrachromosomale overerving

Mannen hebben een X- en een Y-chromosoom. Vrouwen hebben alleen X- chromosomen. Nu krijgen mannen hun Y-chromosoom altijd van hun vader en hun X-chromosoom altijd van hun moeder. X-chromosomen zijn iets groter dan Y-chromosomen, zodat mannen op die manier iets meer genetisch materiaal meekrijgen van hun moeder dan van hun vader. Maar er is meer, en daar gaat het juiste antwoord op de vraag over. Er is ook nog DNA buiten de chromosomen. Dat zit buiten de celkern in het celvocht, in de mitochondriën (mitochondriaal DNA - mtDNA). Mannen geven alleen hun Y-chromosoom door. Vrouwen hebben eicellen, en het DNA dat buiten het chromosoom zit, wordt altijd doorgegeven aan de nakomeling. Kinderen (zowel de dochters als de zonen) krijgen hun mitochondriaal DNA (16.000 baseparen groot) in multipele kopieën van hun moeder, die dat op haar beurt ook weer van haar moeder heeft gekregen.

Willem-Alexander heeft dus het mitochondriaal DNA van Beatrix en zij heeft het mitochodriaal DNA van Juliana. Juliana heeft het mitochondriaal DNA van Wilhelmina. Zij heeft dus meer DNA van de vrouwelijke kant dan van de mannelijke kant. Prinses Juliana heeft daarmee dus minder genetisch materiaal van haar opa van vaders kant.

Antwoord b, extrachromosomale overerving, is dus juist.

Vraag 6: Een jongleur van 78 kilo heeft drie knotsen bij zich die ieder 2 kilo wegen. Hij komt bij een brug die niet meer dan 80 kilo kan dragen. Kan hij jonglerend de brug over zonder dat die instort?

• Nee, dat kan niet

Wat men gemakkelijk vergeet is dat de jongleur zich met extra kracht moet 'afzetten' tegen de brug om een knots op te vangen en weer te lanceren (vergelijk de terugstoot van een geweer). Tijdens het uitoefenen van die kracht wordt hij extra zwaar - zwaarder dan zijn eigen gewicht plus dat van de knots - en zakt hij door de brug. Gemiddeld zal hij tijdens de overtocht gewoon 78 plus (3 maal 2) = 84 kilo wegen, maar door het jongleren fluctueert dat rond die 84.

Voor de diepgravers hebben we nog even uitgerekend hoe het met de jongleur zit voor het geval hij altijd precies één knots in de hand heeft (en dus twee in de lucht), aannemend dat hij gedurende het opvang- en lanceerproces een constant verticale kracht uitoefent op de kegel. Het blijkt dat die kracht precies driemaal het gewicht van de kegel is. Dat betekent dus dat in dit speciale geval het totaalgewicht constant is en gelijk aan zijn eigen gewicht plus driemaal dat van een kegel. Net alsof hij de kegels gewoon onder zijn arm heeft! In het algemeen zal het echter niet precies volgens dit stramien verlopen, en zal het gewicht fluctueren. Maar gemiddeld is hij duidelijk te zwaar. Antwoord a is dus het goede.

Vraag 7: De volle maan lijkt aan de horizon groter dan wanneer hij hoog in de lucht staat. Hoe kun je deze illusie terstond opheffen?

• Door te bukken en tussen je benen door naar de maan te kijken

De clou van het antwoord zit in het woordje 'terstond'. Je kunt inderdaad met een verrekijker naar de maan kijken, en dan zal blijken dat hij laag aan de horizon even groot is als wanneer hij later hoog aan de hemel staat. Maar later is niet terstond, zodat antwoord c niet goed is.

Antwoord a, met één oog kijken, geeft ook niet de oplossing want het gaat om diepte-cues en perspectief en die ervaar je ook met één oog.

Als de maan aan de horizon staat, is er een sterke referentie met de omgeving. Er zijn zogeheten diepte-cues, zoals perspectief en tussenplaatsing. Die cues geven aan dat de maan ver weg staat. Daardoor dénken we dat hij vrij groot is. Als de maan recht boven ons hoofd staat, lijkt hij veel kleiner omdat die diepte-cues er niet zijn. Ons brein speelt dus een spelletje met de waarneming. Wanneer we ons bukken en met het hoofd tussen de benen door naar de maan kijken, kan ons brein die cues niet goed verwerken en zal de illusie terstond verdwijnen.

Vraag 8: Bij het onthouden van een route oriënteren mannen zich anders dan vrouwen. Klopt dit?

• Ja, dat is een kwestie van hormonen

Als je een man de weg vraagt, zal hij vaker een 'exact' antwoord geven in de trant van: 'tweede weg rechts, derde links en na ongeveer twee kilometer rechts een zijstraat ingaan'. Vrouwen kennen de weg veel meer aan uiterlijke zaken en zullen die in hun beschrijving vervlechten: 'bij de bakker linksaf, dan zie je een standbeeld voor je, daar rechts. In de laan bij de stoplichten daarna, links', enzovoorts. De oorzaak van dit verschijnsel is het mannelijk hormoon testosteron.

Voor de rol van testosteron bij ruimtelijk inzicht en ruimtelijke vaardigheden worden de volgende argumenten aangevoerd:

• Mannen hebben in hun bloed een hoger testosteronniveau dan vrouwen; zij scoren hoger op taken die ruimtelijk inzicht en ruimtelijke vaardigheden vereisen
• Bij vrouwen wordt in de ovaria testosteron aangemaakt, dat vervolgens voor een groot deel wordt omgezet in oestrogenen. Bij vrouwen met het syndroom van Turner blijft de aanmaak van testosteron volledig achterwege door de afwezigheid van ovaria. Zij scoren lager op taken die ruimtelijk inzicht en ruimtelijke vaardigheden vereisen dan vrouwen die niet aan dit syndroom lijden
• Bij een ander syndroom, genoemd congenitale adrenale hyperplasie (CAH), worden bij vrouwen die hieraan lijden, grote hoeveelheden testosteron-achtige androgenen aangemaakt. Deze vrouwen scoren op hun beurt weer hoger op taken die ruimtelijk inzicht en ruimtelijke vaardigheden vereisen
• Ten slotte scoren in het algemeen vrouwen met een relatief hoog testosterongehalte in het bloed beter op taken die ruimtelijk inzicht en ruimtelijke vaardigheden vereisen dan vrouwen met een relatief laag testosterongehalte in het bloed

Vraag 9: Een auto van 750 kilo rijdt met een vaart van 72 km per uur een schans op en suist vervolgens precies over zeven geparkeerde autobussen heen. De auto wordt verzwaard tot 1500 kilo en de stunt wordt onder dezelfde condities herhaald. Wat gebeurt er?

• De verzwaarde auto suist ook over de zeven autobussen heen

Alles op aarde valt even snel, ongeacht de massa (behalve als de luchtweerstand een grote rol speelt, zoals bij een veertje of een papiersnipper). De massa van de auto doet er dus helemaal niet toe. De lichte en de zware auto vallen allebei even snel. Wel is de voorwaartse snelheid van belang. Die is in beide gevallen gelijk. Aangezien de zwaartekracht de auto's even hard naar beneden trekt, komen ze precies even ver.

Vraag 10: Deze vraag heeft slechts één correct antwoord. Welk antwoord is dat?

• Antwoord a of b

Om op deze vraag het juiste antwoord te vinden kun je het beste beginnen bij antwoord c: als antwoord c correct is, dan is antwoord b ook correct. Maar er is slechts één correct antwoord, dus c is niet goed. Als b goed is, dan is a ook goed. Maar er is slechts één correct antwoord. Dus b is ook fout. Dan kan alleen antwoord a goed zijn.

Vraag 11: Stel: Je zet de aarde stil, je boort een rechte tunnel van de noordpool naar de zuidpool, dwars door het midden van de aarde. Je bekleedt de tunnelwand met een hitte-isolerend materiaal en zuigt de tunnel vacuüm. Vervolgens stap je in een capsule en de capsule wordt in de tunnel gegooid. Wat gebeurt er?

• Je zult gewichtloos heen en weer gaan tussen beide openingen

De capsule waar je in bent gestapt, zal - vallend - als een harmonische oscillator op en neer bewegen tussen het ene en het andere einde van de tunnel. Immers, als er geen weerstandskrachten werken (de tunnel is vacuüm gezogen) en geen Corriolis-krachten (de aarde is stil gezet) en de hitte geen invloed heeft, blijft alleen de zwaartekracht over. In het begin bevindt de gehele aardbol zich 'voor' de capsule, waardoor die door de zwaartekracht steeds sneller in de tunnel wordt getrokken. Omdat de capsule het middelpunt van de aarde steeds dichter nadert, neemt de zwaartekracht allengs af.

Precies in het midden werkt er geen zwaartekracht meer op de capsule. Toch schiet je het middelpunt van de aarde voorbij (antwoord a is dus onjuist). Je hebt immers een diepe val gemaakt. Voorbij het middelpunt zal je echter worden afgeremd, omdat je inmiddels een groter deel van de aardmassa 'achter' je hebt gelaten. Aan de andere kant van de tunnel, precies bij het aardoppervlak, zal de capsule een fractie van een moment stilhangen. (Je schiet dus niet door, de ruimte in: antwoord c is ook onjuist.) Vervolgens valt de capsule terug in de tunnel tot je weer de andere kant van de aarde bereikt. Daar herhaalt het proces zich telkens opnieuw.

Antwoord b is dus goed. Berekend is dat het 42 minuten duurt voordat je aan de andere kant van de tunnel bent.

Vraag 12: Een groenteboer zet ?s ochtends 200 kilo komkommers in kisten buiten. De komkommers bestaan voor 99 procent uit water. De groenteboer verkoopt die dag geen enkele komkommer. Aan het eind van de dag zijn de komkommers wat uitgedroogd en bestaan ze nog maar voor 98 procent uit water. Hoeveel kilo komkommers heeft hij dan over?

• 100 kilo

Het antwoord gaat geheel tegen de intuïtie in, maar het is gewoon een kwestie van rekenen. Als 200 kilo komkommers voor 99 procent uit water bestaan, betekent dat dat er 2 kilo 'droge' massa of 'droge" stof is. Die droge massa verdampt niet. Dus aan het eind van de dag is er nog steeds 2 kilo droge massa. Maar de komkommers bestaan nu nog maar voor 98 procent uit water. De resterende 2 procent zijn de 2 kilo droge massa. Dus 2 kilo is 2 procent. 100 procent is dan gelijk aan 100 kilo. Er is dus 100 kilo aan komkommers over.

Vraag 13: Je kijkt, met een sticker op je achterhoofd, in een grote spiegel. De afstand van de sticker tot de spiegel is precies 40 centimeter. Je wilt zien wat er op de sticker staat, en daarom houd je een handspiegel op 10 centimeter achter de sticker. Hoe ver terug in de grote spiegel staat het beeld van de sticker in de handspiegel?

• 60 centimeter

Het beeld van de sticker staat in totaal 20 centimeter van de echte sticker, namelijk 10 centimeter van de sticker naar de handspiegel en 10 centimeter van de handspiegel tot het virtuele beeld in deze spiegel. Wat je in de spiegel ziet is het totale virtuele beeld. Dus 40 centimeter van de spiegel naar de sticker (die je niet ziet) plus het stickerbeeld in de handspiegel (dat je wel ziet). Samen is dat 20 + 40 centimeter = 60 centimeter.

Vraag 14: Pijlinktvissen doen het met hun armen. Wat doet een verliefd pijlinktvismannetje nog meer?

• Hij verschiet van kleur

De pijlinktvis heeft acht armen en twee lange tentakels bij de kop. Het is een supergestroomdlijnd dier dat niet voor niets de pijlinktvis heet. Pijlinktvissen verrichten hun geslachtsdaad met een omarming - een heel gedoe met zestien armen. Maar daarvóór heeft de pijlinktvis al met opgewonden baltsgedrag zijn kleurige kunsten vertoont. Daarbij lopen in kleurige patronen golven over zijn lichaam. De pijlinktvis heeft het kleurverschieten tot een ware liefdeskunst verheven.

Vraag 15: Volgens recent wetenschappelijk onderzoek is aan de vorm van je handen af te lezen:

• Hoe het gesteld is met je vruchtbaarheid

Het juiste antwoord heeft niets te maken met de duistere praktijk van handlezers die denken dat de informatie van het leven verscholen ligt in de handlijnen. Het gaat om de symmetrie tussen beide handen en de lengte van de vingers. De ontwikkeling van de hand en de vingerkootjes blijkt bij ratten door dezelfde zogeheten HOX-genen te worden geregeld als de ontwikkeling van de eileiders en de testes. De Britse onderzoeker John Manning ging na of dit bij mensen ook het geval zou zijn. Hij onderzocht de handen van mannen en vrouwen die IVF-klinieken bezochten. Het bleek dat mannen met weinig symmetrie tussen de twee handen ook minder spermatozoïden produceerden. Mannen bij wie hun ringvinger langer is dan hun wijsvinger, lijken een hoger niveau van het mannelijk hormoon testosteron te hebben. Bij vrouwen wijst een lange wijsvinger op een hoger oestrogeenniveau.

Vraag 16: Ongeveer 300 miljoen jaar én ongeveer 100 miljoen jaar geleden waren er veel grotere vliegende dieren dan in andere tijdperken. Hoe kwam dat?

• Er was toen meer zuurstof in de lucht, dus was de dichtheid groter en was vliegen gemakkelijker

Er zijn twee perioden in de geschiedenis van de aarde waarin de zuurstofconcentraties in de atmosfeer vrij hoog waren. Tegenwoordig bestaat zo'n 21 procent van de lucht uit zuurstof, 100 miljoen jaar geleden was dat circa 26 procent en 300 miljoen jaar geleden zelfs 35 procent. Insecten met een spanwijdte van 70 centimeter waren toen heel gewoon; of grote vliegende dinosaurussen.

Meer zuurstof maakt de lucht dichter en dat betekent, zo concludeerde de Amerikaanse zoöloog Robert Dudley onlangs na uitvoerige experimenten, dat het gemakkelijker was om te vliegen. Hij deed experimenten met kolibries in verschillende luchtsamenstellingen. Hieruit bleek dat het zuurstofniveau het vliegen direct beïnvloedt.

Die beïnvloeding betreft twee effecten waarvan er hier een is belicht.

Minder zuurstof betekent dat de dieren hun vleugelstand in zo'n extreme hoek moeten zetten dat het steeds moeilijker wordt om te vliegen. Daarnaast, en dat is wellicht een belangrijker effect, zorgt extra zuurstof er voor dat vliegende dieren veel gemakkelijker aan zuurstof voor de verbranding komen tijdens de vlucht. Beide effecten maken het mogelijk dat er indertijd veel grotere vliegende dieren waren dan nu.

Vraag 17: Er wordt gezegd dat lapjeskatten (rood, wit en zwart) altijd vrouwtjes zijn. Is dat zo?

• Er zijn wel mannetjeslapjeskatten, maar die zijn steriel

Vrouwtjeskatten hebben twee X-chromosomen. Mannetjes hebben een X- en een Y-chromosoom. Het X-chromosoom bevat het kleurgen dat bepaalt of de kat rood of zwart haar krijgt. Het Y-chromosoom bevat dat gen niet.

Vrouwtjes hebben op elke X-chromosoom een kopie van het kleurgen; op elk X-chromosoom één. Dat betekent dat een bevruchte eicel, als het een vrouwtje is, twee verschillende genen kan hebben op de twee verschillende X-chromosomen, één voor rood en één voor zwart haar. Zodra de bevruchte eicel gaat delen, worden in het embryo in verschillende cellen tamelijk willekeurig de ene of de andere kopie uitgeschakeld. Bij alle cellen die zich uit die vroege cellen ontwikkelen, blijft die kopie uitgeschakeld, zodat sommige huidcellen die zich later hieruit ontwikkelen, een actief zwart gen dragen en andere een actief rood gen. Die gebieden liggen later als een lappendeken over de kattenhuid verdeeld. Een kat die rood en zwart haar heeft, heeft dus twee X-chromosomen en is dus een vrouwtje. Echter, als een speling van de natuur komt het wel eens voor dat een kat twee X-chromosomen heeft en één Y-chromosoom. Het is dan een mannetje met teveel geslachtschromosomen. Die mannetjes zijn steriel. Wit haar komt overigens van een ander chromosoom en doet niet mee aan dit spelletje.

Vraag 18: Er staat een heerlijk kopje koffie op je te wachten. Helaas, net als je de koffiemelk erbij wilt doen, wordt er aangebeld. Hoe zorg je er nu voor dat de koffie zo warm mogelijk blijft?

• Door er nog snel koffiemelk bij te doen voordat je naar de deur loopt

Het toevoegen van koude melk aan de koffie verlaagt natuurlijk de temperatuur van de koffie. Of je dat nu vóór of na het openen van de deur doet maakt niet uit. Maar de thermodynamica leert dat de snelheid van afkoeling afhangt van het temperatuurverschil met de omgeving. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe sneller de hitteafgifte. Hete koffie zal daardoor sneller afkoelen dan iets koudere koffie. Als je de koffie al iets kouder hebt gemaakt door er melk bij te doen, zal de afkoeling langzamer verlopen dan wanneer je de hete koffie laat staan en er na een paar minuten pas melk bijgooit.

In de experimenten die wij zelf gedaan hebben scheelde het in vijf minuten bijna 2 graden.

Vraag 19: Je hebt een blok ijs waar een bijl in vastgevroren zit. Het ijsblok drijft in een teil met water. Het water staat precies tot de rand. Als het ijs gesmolten is, zal het water

• Lager dan de rand staan

Wanneer de bijl in het ijs zit, telt het gewicht van de bijl. Dat bepaalt hoe diep het ijs in het water ligt. Hoe groter het gewicht, hoe dieper het ijs zal liggen en hoe hoger het waterpeil zal zijn. Als het ijs smelt en de bijl op de bodem zinkt, telt alleen nog het volume van de bijl. Het waterpeil zal dus zakken. Of het ijs wel of niet gesmolten is, maakt voor het waterpeil niet uit.

Vraag 20: Je hebt twee even grote eieren. Het ene ei is hardgekookt, het andere is ongekookt. Je laat ze tegelijk van een helling rollen. Welk ei is het eerst beneden en waarom?

• Het ongekookte ei

In een gekookt ei zijn alle deeltjes van het ei vast en met elkaar verbonden. Dat betekent dat alle deeltjes mee moeten gaan draaien als het ei gaat rollen. Voor die rotatie is energie nodig. Bij een ongekookt ei gaat alleen het stroperige eiwit direct onder de schaal meedraaien. De rest van de vloeistof draait niet mee maar schuift als het ware mee naar onder. Bij ongekookte eieren zal dus minder energie worden omgezet in rotatie-energie, zodat er meer energie overblijft voor de voorwaartse beweging. Daardoor zal het ongekookte ei sneller naar beneden rollen.