Antwoorden NWQ 2008

Vraag 1: Wat gebeurt er als je een fles champagne opent in het International Space Station?

• De champagne schuimt met grote bellen maar een flink deel blijft gewoon in de fles

Een groot deel van de champagne blijft in de fles. Door de afwezigheid van de hydrostatische druk zal de champagne in eerste instantie heftiger gaan schuimen dan gebruikelijk, maar in gewichtloosheid vormen zich in dat schuim veel grotere bellen. Deze bellen sluiten de flessenhals af, waardoor de meeste vloeistof in de fles zal blijven.

Vraag 2: Als een Space Shuttle terugkeert naar de Aarde, gaat ze eerst in een lagere baan rond de aarde draaien. Wat gebeurt er daarbij met de voorwaartse snelheid?

• Die wordt groter

Die wordt groter. Als een Space Shuttle in een lagere baan om de aarde komt, wordt de aantrekkende kracht van de aarde heel snel groter. In die lagere baan moet de voorwaartse snelheid groter worden om te voorkomen dat de zwaartekracht het wint van de middelpuntvliedende kracht. Om precies te zijn: de zwaartekracht is evenredig met 1/R2, als R de afstand tot het middelpunt van de aarde is, terwijl de middelpuntvliedende kracht bij snelheid v evenredig is met v2/R. Het resultaat is nu dat de voorwaartse snelheid in een baan rond de aarde omgekeerd evenredig is met de wortel uit de afstand tot het middelpunt van de aarde. Dus dichter bij de aarde betekent een grotere snelheid.

In de lagere baan zal de Space Shuttle in voorwaartse richting luchtwrijving ondervinden die haar afremt. Hiervoor zijn de tegeltjes aan de onderkant van een shuttle zo belangrijk: die moeten de wrijvingshitte opvangen.

Vraag 3: Hoe ontwikkelt de vorm van onze planeet zich in de toekomst?

• De aarde wordt steeds ronder

Door de wisselwerking tussen aarde en maan gaat de maan steeds verder weg staan. Tegelijkertijd gaat de aarde steeds langzamer draaien. Daardoor wordt de middelpuntvliedende kracht aan de evenaar steeds minder en zal de aarde steeds meer een perfecte bolvorm benaderen. Dat alles duurt wel miljarden jaren.

Vraag 4: Waardoor zien mensen met een donkere huid er vaak minder oud uit dan mensen met een lichte huid?

• Door de pigmentlaag

In de donkere huid zit meer pigment dan in een lichtere huid. Dat betekent dat de donkere huid beter beschermd is tegen UV-straling en dus minder beschadigd raakt. UV-straling zorgt namelijk voor schade, waardoor er meer rimpels en atrofie (afsterving) in de huid ontstaan. De epidermis, de bovenste laag van de huid, is in een lichte en een donkere huid even dik. Het is ook niet zo dat een donkere huid per definitie meer vetkliertjes bevat dan een lichte huid. Wel is het zo dat de opperhuidcellen steviger aan elkaar vast zitten in een donkere huid.

Vraag 5: Een auto rijdt met een vaste stuuruitslag in een cirkel rond. Is er verschil in de grootte van de draaicirkel bij het vooruit rijden of het achteruit rijden?

• Nee, er is geen verschil

Er is geen verschil in de grootte van de draaicirkel bij het vooruit of achteruit rijden. Er is niet veel uitleg nodig; het enige dat verandert is de draairichting van de aangedreven wielen. Aangezien de hele mechanica in dit geval omkeerbaar is, en de constructie star gehouden wordt, is het gevolgde spoor inderdaad precies hetzelfde, alleen dan in omgekeerde richting. Iedereen die wel eens met een Dinky Toy speelt, kan dat zien.

Vraag 6: Waardoor komen de oliebollen in een pan met kokende olie boven drijven?

• Door uitzetting van gas

Het oliebollenbeslag moet eerst rijzen voor het gebakken wordt. Tijdens het rijzen produceert het aanwezige gist CO2, een gas. In het beslag ontstaan dan allemaal kleine belletjes gas. Hierdoor neemt het beslag toe in volume, het rijst. Wanneer het beslag in de olie wordt gedaan, neemt de temperatuur van het beslag snel toe. Ook de temperatuur van de gasbelletjes gaat snel omhoog. Bij een hogere temperatuur wordt het volume van het gas groter; de gasbelletjes groeien snel.Wanneer het beslag nog koud is, heeft het een soortelijk gewicht (kg/liter) dat hoger is dan dat van de frituurolie: de oliebol zinkt. Wanneer het beslag warm is, heeft het door de grotere gasbelletjes een groter volume en daarom een lager soortelijk gewicht dan de olie: de oliebol wil drijven en stijgt.

Vraag 7: Je speelt een bekende melodie op een instrument en neemt dat op. Vervolgens knip je 1/25e van de aanzet van de tonen weg. Iemand die de opname beluistert:

• Herkent het instrument niet meer

Je herkent niet meer welk instrument er wordt bespeeld. Wanneer je naar de klanken van een instrument luistert, haal je alle informatie over het instrument uit de eerste 1/25e seconde. Dit noemt men de 'transiënt' ofwel de aanzet. In deze aanzet zit veel verandering in informatie. Na de aanzet, als een toon 'doorklinkt', verandert de tooninformatie nog wel, maar blijft deze stabieler dan in de aanzet. Wanneer je de eerste 1/25e seconde van een toon afknipt, behoud je wel de informatie over de frequentie van de toon, en dus de toonhoogte. Het is dus geen probleem om de toonhoogte en melodie te herkennen bij het weghalen van de transiënt(en).

Vraag 8: Boven de 15.000 Hertz kan je nauwelijks meer geluid horen. Wat hoor je als je tegelijkertijd twee tonen van respectievelijk 15.000 en 20.000 Hertz laat horen?

• Je hoort nagenoeg niets

Je hoort niets. Er bestaat een opmerkelijk verschijnsel dat als je twee tonen van verschillende frequenties hoort, je (ook) een toon hoort die overeenkomt met een combinatie van die frequenties, bijvoorbeeld volgens de formule 2f1-f2. Als f1 10.000 Hz is en f2 12.000 Hz hoor je: 20.000-12.000 = 8.000 Hz. Deze combinatietoon is een direct gevolg van interacties in het slakkenhuis in het oor tussen twee geactiveerde plekken op het basilaire membraan. Als een toon niet kan worden gehoord, zoals een toon van 20.000 Hz, dan wordt het slakkenhuis blijkbaar niet door deze toon geactiveerd. Daardoor zal er in het slakkenhuis geen interactie kunnen ontstaan door de toon van 20.000 Hz en de toon van 15.000 Hz. Je hoort dus geen combinatietoon. Daarom zal er niets bijzonders te horen zijn behalve de toon van 15.000 Hz – als je oren dat tenminste nog kunnen horen.

Vraag 9: Wat vergt gemiddeld de meeste inspanning?

• Strijken

Strijken. Autorijden vergt gemiddeld de minste inspanning: zo'n 4 tot 13 kJ/min. Met een rustige tred van drie kilometer per uur, verbruiken we gemiddeld 8 tot 17 kJ/min. Strijken is het meest inspannend: 17 kJ/min. Het is dus minder inspannend om hard te concentreren tijdens het autorijden, dan niet na te denken en de armen te bewegen.

Vraag 10: Wat gebeurt er uiteindelijk met 95 procent van de fotonen - lichtdeeltjes - die in het heelal rondzwerven?

• Ze hebben het eeuwige leven

Fotonen hebben geen lading, dus antwoord A is fout. Voor een klein deel van de fotonen geldt dat ze opgaan in andere deeltjes. Echter, er zijn ontzettend veel fotonen in het heelal: tien miljard maal meer dan er baryonen (kerndeeltjes, zoals protonen en neutronen) zijn. Hierdoor komt het overgrote deel van de fotonen in het heelal nooit meer een deeltje tegen, waardoor ze het eeuwige leven hebben. Overigens kunnen we juist door die fotonen naar het 'begin' van het heelal kijken. Niets gaat sneller dan het licht, dus uitkijken in de ruimte staat gelijk aan terugkijken in de tijd.

Vraag 11: Hoe komt het dat de meeste elektronische weegschalen minder gewicht aangeven op een zachte ondergrond dan op een harde ondergrond?

• Vrijwel alle elektronische weegschalen hebben te lage pootjes

Op een zachte ondergrond tapijt, raken niet alleen de pootjes de vloer maar ook de behuizing rondom de pootjes of andere delen van de bodemplaat. Nu wordt het gewicht van de gebruiker, i.e. de kracht waarmee de hele weegschaal op de vloer duwt verdeeld over de pootjes en de behuizing eromheen waardoor er dus een lager gewicht aangegeven wordt. Weegschalen met een platte bodem zouden dan ook beter moeten werken, al zien ze er minder modieus uit. Er is ook nog het effect van scheefstand op een zachte ondergrond dat het schijnbare gewicht ook verlaagd, maar dit effect is verwaarloosbaar t.o.v. van het hiervoor geconstateerde. Antwoord B is een bekende instinker: al zet je de pootjes van de weegschaal op vier stukjes schuimrubber, de kracht op de druksensor in de pootjes als gevolg van samengeperste stukjes rubber is even groot als op een harde vloer. Antwoord C klopt wel voor de traditionele, mechanische weegschaal (en voor sommige oudere, op hetzelfde principe gebaseerde elektronische weegschalen), maar niet voor een elektronische weegschaal. Onderzoekers aan de Universiteit van Cambridge ontdekten in 2002 dat deze ouderwetse weegschalen door dit effect zorgen dat je op tapijt juist altijd zwaarder lijkt te wegen dan op de badkamervloer.

Vraag 12: Wat is de maximale hoogte waarmee je met een stevig rietje een glas water in één keer kan leegzuigen?

• Ongeveer 7 meter

In principe kun je water niet hoger dan 10 meter opzuigen. Dan is namelijk de waarde van de druk in het rietje gelijk aan de luchtdruk buiten het rietje: 1 atmosfeer, oftewel 10 meter waterdruk. Echter dit is praktisch niet te halen, omdat een persoon niet zo sterk kan zuigen om water 10 meter omhoog te halen. Als je met je longen zuigt, haal je een onderdruk van 0,1 atmosfeer, dus 1 meter. Maar als je drinkt, zuig je niet met je longen, maar creëer je onderdruk door je kaken van elkaar te duwen. Op deze manier kan je een onderdruk creëren van 0,7 atmosfeer. Dit betekent dat je met wat pijn en moeite een rietje van 7 meter kunt gebruiken om een glas water leeg te drinken.

Vraag 13: Wat gebeurt er met de ontvangstkwaliteit van radiosignalen, als er niet een paar duizend, maar een paar miljoen mensen de radio aan hebben?

• Het signaal blijft even sterk

Het maakt niet uit. De straling uit de zender breidt zich uit op bolvormige wijze: er is dus een boloppervlak aan straling dat zich in de ruimte uitbreidt met de lichtsnelheid. De absorptie van radiogolven in antennes verzwakt de uitgezonden straling in principe wel, maar dit is maar een minuscuul beetje. Het oppervlak van de antennes, zelfs in miljoenen aantallen, is praktisch verwaarloosbaar ten opzichte van het boloppervlak. Ontvangstantennes van radio's vangen altijd radiogolven op, ook als de radio niet aanstaat. Dus of mensen de radio wel of niet aanhebben, doet er niet toe voor de verzwakking van het signaal. Alleen het gezamenlijk oppervlak van de antennes telt en ook dat is, zelfs bij hele grote aantallen, verwaarloosbaar.

Vraag 14: Wanneer is een ei het zwaarst?

• Als een ei net bevrucht is

Een ei dat net bevrucht is weegt meer dan een ei met een kuikentje erin. Een kippenei van 60 gram weegt na 21 dagen broeden nog maar 51 gram (dat is het kuikentje en de eierschaal samen). Het ei heeft dus 9 gram van zijn gewicht verloren. Hoe kan dit? Eieren lijken wel helemaal dicht, maar elk ei bevat duizenden kleine poriën. Deze mini-gaatjes zijn niet altijd met het blote oog te zien. Door deze poriën wordt zuurstof uit de omgeving gehaald, wat nodig is om de voedingsstoffen in het ei om te zetten in een kuikentje. Maar wat er óók gebeurt, is dat er door die poriën water verdampt uít het ei. In 21 dagen verliest een ei 9 gram aan water.

Vraag 15: Wat zie je het eerst als iemand vanachter je plotseling langszij, voorbij loopt?

• Beweging

Het juiste antwoord is C: beweging. Wanneer iemand je plotseling voorbij loopt, dan wordt hij het eerst visueel opgemerkt met het perifere deel van het netvlies. Het netvlies is opgebouwd uit verschillende zintuigcellen; de staafjes registreren donker-licht, en de kegeltjes registreren kleur. In de periferie van het netvlies zitten voornamelijk staafjes. Er wordt in de periferie dus nauwelijks tot geen kleur waargenomen. Dichter bij de rand van het netvlies zitten er minder staafjes. We zien dus ook niet heel scherp met deze staafjes, waardoor vorm moeilijk te bepalen is. Wat we wél goed zien is beweging. Sterker nog, de detectie van beweging in onze ooghoeken leidt er vaak toe dat de ogen onmiddellijk op het voorwerp worden gericht: een zogenaamde oriënteringsrespons. Hierdoor richten we onze gele vlek, het gedeelte van het netvlies met heel veel kegeltjes, op het voorwerp zodat we het kunnen identificeren.

Vraag 16: Je hand past precies om een ronde trapleuning, zodat duim en middelvinger elkaar kunnen raken. Wat gebeurt er als je een handschoen aantrekt en je hand om de leuning legt?

• Er ontstaat een gat tussen duim en middelvinger

De situatie is vergelijkbaar wanneer je om de leuning een leren lap wikkelt (de handschoen) en je daar met je blote hand overheen grijpt. Dat red je dus niet. De doordenker zal zeggen: Ja maar, mijn vingers zijn ook langer geworden door die handschoen! Dit klopt, maar dat compenseert niet genoeg. Als de dikte van de handschoen D is, wordt de omtrek 2 pi D, ofwel ongeveer 6D groter (want pi = 3,14, dus 2pi is ongeveer 6) terwijl de vingertoppen samen maar 2D dichter bij elkaar komen. Er ontstaat dus een gat tussen duim en middelvinger.

Vraag 17: Je gooit een aantal keer met een munt, iemand anders gooit één keer meer. Hoe groot is de kans dat hij vaker kop gooit dan jij?

• Die kans is een half

Let wel dat het hier om de 'vooraf-kans' gaat. Zodra hij jouw worpen heeft gezien, verandert de kans dat hij vaker 'kop' gooit (stel: jij gooit 1x en hij 2x, jij gooit 'munt' en dat ziet hij gebeuren, dan is de kans natuurlijk groter dan een ½ dat hij vaker 'kop' gooit).

Waarom is die kans ½ ? Welnu, het is natuurlijk gewoon symmetrisch: hij gooit vaker 'kop' óf hij gooit vaker 'munt' dan jij (deze twee gebeurtenissen kunnen niet allebei optreden). Dus het gezonde verstand geeft het goede antwoord.

Je kunt het ook berekenen:

Stel jij gooit 1 keer en hij 2 keer. Jij noteert met X het aantal keer dat je 'kop'

gooit, en met Y het aantal keer dat hij 'kop' gooit.

De kans dat (X=0 en Y=1 of 2) OF (X=1 en Y=2) is dan:

1/2(1/2 + 1/4) + 1/2 x 1/4 = 1/2.

Stel jij gooit 2 keer en hij 3 keer. Jij noteert met X het aantal keer dat je 'kop'

gooit, en met Y het aantal keer dat hij 'kop' gooit.

De kans dat (X=0 en Y=1 of 2 of 3) OF (X=1 en Y=2 of 3) OF (X=2 en Y=3) is dan:

1/4(3/8 + 3/8 + 1/8) + 1/2(3/8 + 1/8) + 1/4 x 1/8 = 1/2.

De algemene berekening waarbij jij n keer gooit en hij n+1 keer, is wat technischer, maar het idee is steeds hetzelfde.

Vraag 18: Welke sneeuw smelt het snelst?

• Vuile sneeuw

Vanwege het vuil is er sprake van smeltpuntverlaging. Doordat de schone sneeuw met ‘viezigheid’ is vermengd, verlaagt het smeltpunt waardoor het zelfs al onder de 0 graden Celsius zal beginnen te smelten. Watermoleculen zijn bij vaste toestand netjes gerangschikt. De moleculen van de ‘viezigheid’ komen tussen de watermoleculen te zitten. Hierdoor wordt die nette rangschikking (het kristal) verstoord en zal het water eerder in de vloeibare fase komen. Ditzelfde principe geldt voor het strooien van zout om gladheid op de wegen tegen te gaan. Bovendien zullen bepaalde typen vuil ook zorgen voor een sterkere absorptie van zonlicht, vergeleken met schone, witte sneeuw, waardoor de vieze sneeuw sneller opwarmt en dus eerder smelt.

Vraag 19: Je vult een smal bierflesje met zoveel water dat het ondersteboven in het water blijft drijven. Waarom zakt het flesje naar de bodem als je het een eind onder water duwt?

• Omdat er meer water in de fles wordt geperst

De massa van het bierflesje samen met de lucht die erin zit, blijft gelijk. Echter, het volume van de opgesloten lucht neemt af: het wordt samengeperst, want de druk door het water stijgt met de diepte. Hoe dieper het flesje onder water wordt geduwd, hoe meer water het flesje in wordt geperst. Aan het oppervlak blijft het flesje drijven omdat het gemiddeld soortelijk gewicht van het glas en de opgesloten lucht samen lager is dan het soortelijke gewicht van water. Wanneer het flesje onder water wordt geduwd, bevat het meer water en wordt het gemiddeld soortelijk gewicht groter. Het flesje gaat het zinken.

Vraag 20: Er ligt een groot gewicht op een opgeblazen binnenband die in het water drijft. Wat gebeurt er als je datzelfde gewicht onder aan die binnenband hangt?

• De binnenband komt hoger in het water te liggen

In beide situaties blijven object plus band drijven en is de opwaartse kracht dus gelijk aan de zwaartekracht. De zwaartekracht is in beide gevallen hetzelfde en dus is ook het volume van het verplaatste water in beide gevallen hetzelfde. Met het object bovenop de band wordt al dit water verplaatst door de band alleen. Met het object onder de band wordt er zowel water verplaatst door het object als door de band. Daardoor hoeft er door de band minder water verplaatst te worden en komt deze dus hoger in het water te liggen.