Dit zijn de antwoorden van de achttiende editie van de Nationale Wetenschapsquiz, uitgezonden in 2011.

Hieronder alle 15 antwoorden. Eerst naar de vragen? Klik hier.

Vraag 1: Na het inschenken van de drank stijgen champagnebelletjes sneller op dan bierbelletjes van dezelfde grootte. Hoe komt dat?

  • Doordat bierbelletjes bij het opstijgen 'beplakt' raken met eiwitten waardoor ze een hogere weerstand ondervinden

Opgeloste eiwitten, die in zowel champagne als bier zitten, verzamelen zich op de rand van de belletjes. Bij champagne 'groeien' de bellen zo snel dat de eiwitten moeilijk een goede laag kunnen vormen. Doordat bierbelletjes veel trager groeien, kunnen de eiwitten zich hier wel makkelijk aan de buitenkant van de bel 'verzamelen'. Ze vormen een soort laagje om de bel heen. Het is dan eigenlijk niet meer echt een bel, maar meer een soort eiwitballetje. Het resultaat is dat een bierbel als een hard balletje door het bier heen moet ploegen en daardoor langzamer opstijgt. 

Vraag 2: De meeste olympische zwembaden zijn 3 meter diep. Wat gebeurt er met de zwemtijden van de verschillende deelnemers tijdens een olympische sprintwedstrijd als er gezwommen wordt in een bad van maar 1,5 meter diep?

  • De zwemtijden komen dichter bij elkaar te liggen

Wanneer water langs een voorwerp (in dit geval een zwemmer) stroomt, ontstaat er een patroon van drukverschillen in het water. Als een zwemmer in een ondiep zwembad zwemt, wordt dit patroon verstoord door de bodem en herschikt het zich. Dit merkt de zwemmer als extra weerstand. Hoe sneller een zwemmer zwemt, hoe groter dit patroon wordt. Dit betekent dat de snelste zwemmers meer weerstand ondervinden in ondiepe zwembaden. Hun zwemsnelheid zal in verhouding dus iets meer afnemen dan die van de minder snelle deelnemers. De zwemtijden komen hierdoor dichter bij elkaar te liggen.

Recreatieve zwemmers zwemmen overigens te langzaam om iets van deze extra weerstand in ondiepe zwembaden te merken. Voor de liefhebbers valt een en ander te berekenen met het Getal van Froude. 

Vraag 3: Je kunt bij Facebook heel goed zien hoeveel vrienden jouw vrienden hebben. Hebben mensen op Facebook gemiddeld net zoveel vrienden als hún vrienden?

  • Nee, gemiddeld hebben hun vrienden meer vrienden dan zij

Als iedereen op Facebook exact even veel vrienden heeft, dan is het gemiddeld aantal vrienden van iedereen gelijk. Echter, niet iedereen heeft even veel vrienden. Voor de meerderheid geldt dan dat jouw vrienden gemiddeld meer vrienden hebben dan jij. Dit verschijnsel heet de vriendschapsparadox, in 1991 geformuleerd door de Amerikaanse socioloog Scott L. Feld. De kans is groot dat jij vrienden bent met iemand die heel veel vrienden heeft. Stel je voor dat iemand tienduizend vrienden heeft, dan zullen er in ieder geval tienduizend mensen zijn die een vriend hebben die heel populair is. Zo'n populaire persoon trekt het gemiddelde enorm omhoog: al zijn tienduizend vrienden op Facebook hebben immers een vriend die tienduizend vrienden heeft. Dit geldt overigens voor alle sociale netwerken en niet alleen voor Facebook. 

Een simpel voorbeeldje ter illustratie. Er zijn 11 vrienden: Arend, Bert, Cor… enz. Als ze in onderstaand schema verbonden zijn met een lijntje, kennen ze elkaar. We kunnen nu bekijken hoeveel vrienden ze hebben. A heeft bijvoorbeeld 2 vrienden, namelijk B en E. Zie de tabel:

Vraag 4: Je druppelt voorzichtig een waterdruppel van 1 millimeter groot op een metalen plaat waarvan de temperatuur ver onder het vriespunt ligt. Wat is de vorm van de ijsdruppel die zal ontstaan?

  • De druppel krijgt een spitse bovenkant

Wanneer je voorzichtig met een injectiespuit een miniem druppeltje water op een koude plaat druppelt, zie je dat het een perfecte bolvorm heeft. Het druppeltje is zo klein, dat de zwaartekracht er geen vat op heeft. Maar deze vorm blijft niet rond. Een merkwaardige eigenschap van water is namelijk dat het uitzet wanneer het bevriest. Langzaam zie je het druppeltje van beneden naar boven bevriezen. De ijslaag, die van onder naar boven aangroeit in de druppel, drijft het nog onbevroren water in het nauw. Het nog onbevroren water behoudt een beetje een bolvorm door de oppervlaktespanning maar door het uitzetten van het water eindigt de bevriezing van de druppel uiteindelijk in een vlijmscherpe punt.

Vraag 5: Een gps-satelliet wordt vlak voor zijn lancering altijd zo ingesteld dat de interne klok net een fractie langzamer loopt dan klokken op aarde. Waarom doet men dat?

  • Om te compenseren voor de veranderde zwaartekracht op de satelliet

Voor een goede plaatsbepaling moet de klok in een gps-satelliet exact goed lopen. Gps-satellieten hebben echter met hun klokken last van twee verschijnselen. Ze vliegen met een grote snelheid om de aarde heen, én ze staan zo ver van het midden van de aarde af dat ze meetbaar minder last hebben van de zwaartekracht. De tijd gaat langzamer voor voorwerpen die snel bewegen en de tijd gaat langzamer voor voorwerpen die meer zwaartekracht voelen. Dat klinkt raar, maar zo werkt de natuur. En met behulp van de relativiteitstheorie van Einstein is dat keurig te berekenen. De klok van een gps-satelliet zal 7 miljoenste seconde per dag langzamer gaan lopen door zijn hoge snelheid. Maar omdat een gps-satelliet ruim twintigduizend kilometer boven de aarde vliegt en dus minder zwaartekracht voelt, zal zijn klok 46 miljoenste seconde per dag sneller lopen dan toen hij nog op aarde stond. Als je deze effecten bij elkaar optelt, blijkt dat de klok in de satellietbaan 39 miljoenste seconde per dag sneller gaat lopen. Vlak voor de lancering zal de klok dus langzamer gezet moeten worden. 

Vraag 6: Je hebt je shirt binnenstebuiten aan en je handen zijn aan elkaar vastgebonden met handboeien. Is het mogelijk om je shirt goed te krijgen zonder je handen los te maken?

  • Ja, dat kan, na wat moeite zit je shirt weer goed

Wat je moet doen is je shirt over je hoofd heen uittrekken. Het shirt zit nu goed om je handen omdat het eerst binnenstebuiten zat. Als je het shirt nu aan zou trekken, zou het weer binnenstebuiten zitten. Om dat te voorkomen moet je het shirt eerst opnieuw binnenstebuiten zien te krijgen. Dit kun je doen door met wat moeite je shirt in zijn geheel door één van de mouwen te trekken waardoor het binnenstebuiten om je handen komt te zitten. Als je het shirt nu weer aantrekt, zit het goed. Gelukt! Je hebt je shirt goed aan gekregen met je handen vastgebonden. 

Vraag 7: Het is alsof bomen weten waar andere bomen staan. Hoe komt het dat volwassen bomen elkaar niet verdrukken of met hun takken tegen elkaar aan staan?

  • Ze detecteren het lichtspectrum dat van hun buurbomen afkomt

Wit zonlicht bestaat uit verschillende kleuren licht. Dit kun je zien als je naar een regenboog kijkt. Als wit licht een boomblad bereikt, worden sommige kleuren licht teruggekaatst en andere opgenomen. De kleuren die in het blad worden opgenomen, verliezen energie en daardoor verandert de kleur een beetje. Dit veranderde licht vervolgt weer zijn weg uit het boomblad en hierdoor is de samenstelling van het witte licht onder een boom anders dan boven de boom. Andere bomen kunnen via hun bladeren dit veranderde licht detecteren met behulp van speciale eiwitten. Deze eiwitten worden bij verschillende kleursamenstellingen al dan niet 'geactiveerd' en beïnvloeden de groei. Een andere kleurverhouding in het licht resulteert in een kleiner aantal actieve groei-eiwitten waardoor de groei minder wordt in de richting van het veranderde licht. 

Vraag 8: Er bestaat een vrij recent ontdekt ontladingsverschijnsel boven de wolken, dat vernoemd is naar een wezen uit een toneelstuk van:

  • Shakespeare

Een 'sprite', want daar hebben we het over, is het Engelse woord voor een klein, mysterieus en magisch wezentje. Een mooie naam voor een 'gloeiend' ontladingsverschijnsel boven de wolken dat pas in 1989 voor het eerst werd vastgelegd. David Sentman is de man die dit verschijnsel een naam heeft gegeven. In de natuurkunde worden vaak beschrijvende namen gebruikt voor een nieuw fenomeen. Maar omdat nog niemand wist wat dit verschijnsel precies was, wilde Sentman geen naam geven die onderzoekers misschien op het verkeerde been zou zetten. Dus heeft hij, samen met een goede vriendin en gewapend met een woordenboek, urenlang naar mooie woorden gezocht. Uiteindelijk kwamen ze uit op het woord 'sprite' waarbij hij meteen moest denken aan Puck, een sprite uit A Midsummer Night's Dreamvan Shakespeare. 

Vraag 9: Op Groenland ligt ongeveer 2,9 miljoen km3 ijs. Stel dat al dat ijs smelt en zich onmiddellijk verdeelt over het hele oceaanoppervlak. Hoeveel meter zeespiegelstijging zou dit aan de Nederlandse kust veroorzaken?

  • Tussen de 2 en 3 meter

Er ligt echt heel veel ijs op Groenland! Volgens het IPCC zo'n 2.900.000.000.000.000 dm3. Als al dit ijs zou smelten en je rekening houdt met het dichtheidsverschil tussen zoet ijs en zout water, kom je uit op een stijging van het zee-oppervlak van iets meer dan 7 meter. Maar je vergeet dan iets heel belangrijks. Er ligt namelijk zo'n bizar grote massa ijs op Groenland dat die zelf een zwaartekrachtsveld heeft. Dit veld trekt het water van de wereldzeeën naar zich toe. Je kunt het een beetje zien als permanente vloed om Groenland. Alsof er een extra maan boven op Groenland ligt die ervoor zorgt dat om het hele land de zeespiegel hoger wordt. Nederland ligt dicht genoeg (3000 km) bij Groenland om dat nog te merken. De waterspiegel hier ligt dus eigenlijk 'te hoog', doordat Groenland het waterniveau in zijn buurt omhoog trekt. Als het zwaartekrachtsveld ontbreekt doordat al het ijs op Groenland is gesmolten, kan je berekenen dat het waterniveau aan de Nederlandse kust 4½ meter zal dalen. Samen met die 7 meter stijging kom je uit op een stijging van tussen de 2 en 3 meter. 

Vraag 10: Een grijs beeldscherm is gevuld met willekeurig geplaatste zwarte en witte stippen. Op het scherm verschijnt steeds een nieuw beeldje waarbij de stippen iets naar rechts zijn verplaatst. We zien dan de stippen vloeiend naar rechts bewegen. Wat gebeurt er nu met de beweging als we bij elk even beeldje (nummer twee, vier, zes, etc.) de witte stippen zwart maken en de zwarte stippen wit?

  • We zien de bewegingsrichting omdraaien

Het is voor wetenschappers nog niet duidelijk waarom de mens zo geëvolueerd is dat onze hersenen een bewegingsomkering halen uit een contrastverandering. Je ogen schieten tientallen plaatjes per seconde en elk plaatje wordt door je hersenen vergeleken met het vorige. Kennelijk wordt er niet alleen gekeken of donkere of lichte voorwerpen zijn bewogen, maar worden ook lichte en donkere objecten met elkáár vergeleken. Misschien zit hier nog extra informatie in die de hersenen kunnen gebruiken om beweging beter te zien. Dit effect van bewegingsomkering treedt niet alleen op bij mensen, maar ook bij veel dieren. Er zijn zelfs huisvliegen op heel kleine loopbandjes voor een computerscherm gezet. Die gingen de andere kant op lopen, wanneer ze contrastveranderende stippen te zien kregen. Het lijkt meer dan een optische illusie te zijn en echt verband te houden met hoe dieren en mensen beweging zien. 

Vraag 11: Je hebt de keuze om voor het eerst op een ouderwetse hoge bi (vélocipède) of op een moderne ligfiets te rijden. Op welke van deze twee fietsen kun je het makkelijkst je evenwicht bewaren?

  • De hoge bi

Je kunt het balanceren op een fiets het beste vergelijken met een omgekeerde slinger. Bij een slinger is de tijd waarin de slinger heen en weer gaat alleen afhankelijk van de lengte van het touw. Als het touw lang is, beweegt het gewicht onderaan langzamer dan als het kort is. Omgekeerd werkt dit ook zo met een stok die je op je hand balanceert. Een lange stok beweegt een stuk rustiger. Het is dus veel makkelijker om met je hand de nodige correcties uit te voeren die de stok midden boven je hand houden. Een korte stok beweegt zo snel dat je te weinig tijd hebt om te corrigeren. Zo is het ook bij de lage ligfiets: correcties moeten (te) snel worden uitgevoerd. Een hoge bi is makkelijker in evenwicht te houden dan de lage ligfiets doordat je veel meer tijd hebt om te reageren. 

Vraag 12: Een 35-jarige man transplanteert schaamhaar naar zijn hoofd om de snel oprukkende kaalheid, die in zijn familie veel voorkomt, te bestrijden. Hoe ziet hij er tien jaar later uit?

  • Behaard: het schaamhaar zit er nog maar de kans op krullen is heel groot

Niet de omstandigheden op de hoofdhuid, maar de genetica van het getransplanteerde haarzakje bepaalt hoe de haar groeit. Schaamhaar blijft schaamhaar, ook op het hoofd: het behoudt zijn vorm en kleur én het valt niet uit. Bij mannen met erfelijke kaalheid hebben de hoofdharen een genetische overgevoeligheid voor het hormoon dihydrotestosteron (DHT), dat uit testosteron ontstaat. DHT laat de haarzakjes uiteindelijk verschrompelen. Schaamhaar heeft deze genetische overgevoeligheid niet, dus het getransplanteerde haar blijft groeien, maar de kans op krullen is wel vrij groot. 

Vraag 13: Als je een theedoek nat maakt, wordt hij donkerder van kleur. Laat je hem drogen dan wordt hij weer lichter. Wat veroorzaakt deze kleurverandering?

  • Doordat de brekingsindex van water dicht bij die van textiel ligt neemt de verstrooiing af

Hoe licht of donker een voorwerp eruitziet, wordt bepaald door de hoeveelheid licht die verstrooid wordt door het voorwerp. Hoe meer verstrooiing, hoe lichter het voorwerp lijkt. De mate van verstrooiing hangt onder andere af van het verschil in lichtsnelheid tussen de omgeving en het voorwerp. In vacuüm is de lichtsnelheid altijd constant, maar in bijvoorbeeld textiel is die veel langzamer dan in lucht. Wanneer er water om de textielvezels zit, is het verschil in lichtsnelheid tussen de omgeving (namelijk het water) en de vezels een stuk kleiner. Hierdoor wordt er minder verstrooid en is het voorwerp donkerder. Een maat voor de lichtsnelheid in een voorwerp is de brekingsindex. De brekingsindex van water en textiel liggen dicht bij elkaar, vandaar dat een natte theedoek donkerder van kleur is.

Vraag 14: Je hebt drie doosjes met bonbons. In het ene zitten twee witte bonbons, in het andere zitten twee pure bonbons en in het derde doosje zitten een pure en een witte bonbon. Je kiest willekeurig één van de drie doosjes en pakt daaruit ook weer willekeurig één van de twee bonbons. Die bonbon is wit. Wat is nu de kans dat de andere bonbon in het gekozen doosje ook wit is?

  • 2/3

Deze vraag is een toepassing van de beroemde paradox van Joseph Bertrand. Hij wilde aantonen hoe belangrijk het is om op een goede manier te tellen. Het juiste antwoord is 2/3. Er zijn drie mogelijkheden om aan een witte bonbon te komen. Het doosje met de twee pure bonbons kan namelijk meteen vergeten worden, daaruit kan je geen witte bonbon hebben gepakt.

1. Je pakt het doosje met één witte en één pure bonbon en pakt daaruit de witte. 2. Je pakt het doosje met twee witte bonbons en pakt daaruit de linkerbonbon. 
3. Je pakt het doosje met twee witte bonbons en pakt daaruit de rechterbonbon.

Bij twee van de drie mogelijkheden is de volgende bonbon dus ook wit. 

Vraag 15: Een schip dat drinkwater vervoert ligt te wachten in een grote zeesluis. Door een gat in het schip stroomt zeewater het schip in. Om te voorkomen dat het schip gaat zinken, pompt de bemanning het drinkwater de sluis in. Er stroomt net zoveel water het schip in, als de bemanning wegpompt. Het waterniveau in de sluis:

  • Stijgt

Zeewater heeft een hogere dichtheid (1030 g/l) dan zoet water (1000 g/l). De dichtheid bepaalt het drijfvermogen: hoe hoger de dichtheid, hoe makkelijker iets blijft drijven. Het zoute water in de sluis wordt vermengd met het zoete water uit het schip. Hierdoor wordt de dichtheid van het water in de sluis lager en daarmee neemt dus ook het drijfvermogen af. Verder wordt door het wegpompen, het drinkwater in het schip geleidelijk vervangen door zeewater. Daardoor neemt de massa van het schip iets toe. Het schip wordt dus zwaarder en het drijfvermogen van het water in de sluis neemt af. Beide effecten hebben een negatieve impact op de diepgang van het schip: het schip komt dieper te liggen waardoor het waterpeil in de sluis stijgt.