Antwoorden NWQ 2014

Vraag 1: Waardoor wordt pastis troebel als je water toevoegt?

•   De smaakstoffen lossen slecht op in water

Pastis is een aperitief op basis van steranijs en kruidenextracten en wordt vooral in Frankrijk gedronken. Het alcoholpercentage is minimaal 45 procent. In Griekenland bestaat een vergelijkbare drank: ouzo. De typische anijssmaak van pastis wordt veroorzaakt door anethol. Deze smaakstof lost slecht op in water, maar goed in alcohol. Als pastis door toevoeging van water minder alcohol bevat dan 45 procent, vormen zich anetholkristallen. Dit ziet eruit als vertroebeling en staat bekend als het 'ouzo-' of 'louche-effect'. Pastis kan nog door een andere oorzaak vertroebelen. Anethol kan minder goed oplossen in alcohol met een lage temperatuur. Dus als je de drank in de vriezer zet, kunnen anetholkristallen ontstaan terwijl het alcoholpercentage boven de 45 procent is.

Vraag 2: Op een regenachtige dag spelen vader en dochter meerdere potjes memory. Hoe vergaat het hen?

• Gemiddeld spelen ze allebei na elk spelletje iets slechter

Als mensen herhaaldelijk dingen moeten onthouden, verwarren zij de informatie uit het verleden met de huidige informatie. Als je bijvoorbeeld je fiets altijd op een andere plek bij het station zet, loop je wel eens naar de plek waar je hem de dag ervoor had neergezet. Naarmate vader en dochter meer spelletjes memory spelen, gaat het bij allebei steeds slechter doordat ze de opeenvolgende potjes door elkaar gaan halen. Oude herinneringen staan het leren en herinneren van nieuwe informatie in de weg. Dat verschijnsel heet 'proactieve interferentie'.

Vraag 3: Als je in het donker in een felle lichtbron kijkt, zoals de lamp van een lantaarnpaal, zie je een stralenkrans om de lichtbron. Waardoor komt dat?

• Door verstrooiing van het licht in je oog

De stralenkrans die je rondom een felle lichtbron ziet, wordt de ciliaire corona genoemd. De verstrooiing van het licht wordt veroorzaakt door onregelmatigheden in het oog, zoals eiwitmoleculen in de lens. Als het licht op zo’n onregelmatigheid valt, kan het van richting veranderen. Hierdoor zie je ook licht rondom de eigenlijke lichtbron, hoewel het daar niet direct vandaan komt. Hoe meer en hoe groter de onregelmatigheden in het oog, hoe sterker de verstrooiing van het licht. De sterkte van het effect verschilt dus per persoon en neemt doorgaans toe met de leeftijd. Verschillende kleuren worden op een verschillende manier verstrooid, waardoor soms kleureffecten ontstaan.

Vraag 4: De ruimtesonde New Horizons beweegt met een snelheid van 15 kilometer per seconde naar de rand van ons zonnestelsel. Stel dat hij in de richting van de Sombrero-nevel gaat, die zich op 50 miljoen lichtjaar afstand van de aarde bevindt, wanneer komt hij daar dan aan?

• Nooit

Als New Horizons ongehinderd door zou kunnen vliegen, zou hij de afstand van 50 miljoen lichtjaar in ongeveer 1000 miljard jaar kunnen afleggen. Maar New Horizons wordt tijdens zijn reis afgeremd door de zwaartekracht van het Melkwegstelsel. Onlangs hebben Duitse wetenschappers van het Leibniz Instituut voor Astrofysica berekend dat de ontsnappingssnelheid voor de Melkweg groter is dan 500 kilometer per seconde. Deze snelheid haalt New Horizons bij lange na niet. Daarnaast beweegt de Sombrero-nevel door de uitdijing van het heelal met een snelheid van 1000 kilometer per seconde steeds verder van ons af.

Vraag 5: Een rooftas is een tas die aan de binnenkant bedekt is met aluminium. Daarin smokkelen winkeldieven spullen die beveiligd zijn met een chip langs de beveiligingspoortjes zonder dat het alarm afgaat. Hoe werkt dat?

• Het aluminium wekt een tegengesteld veld op

Een afgesloten metalen ruimte, zoals een aluminium verpakking, werkt als een kooi van Faraday. In metaal bevinden zich elektronen die vrij kunnen bewegen. Elektronen zijn gevoelig voor elektromagnetische straling en hebben de neiging om veranderingen van buitenaf tegen te werken. Als het aluminium een afgesloten geheel vormt, zoals bij een rooftas, kunnen de elektronen in het aluminium zo bewegen dat zij een veld opwekken dat precies tegengesteld is aan het externe veld. Daardoor is het veld binnen in de tas gelijk aan nul en kan de chip niet worden waargenomen. Het metaal hoeft overigens niet geheel afgesloten te zijn, maar gaten in het metaal moeten ruimschoots kleiner zijn dan de golflengte van de straling om een veld goed af te kunnen schermen.

Vraag 6: Als een luidspreker met twee keer de geluidssnelheid over je heen vliegt en een toonladder laat horen, hoe hoor je de tonen dan?

• Je hoort de toonladder zowel vooruit als achteruit

Geluid beweegt zich voort door de lucht als een golf die zich verspreidt in alle richtingen. Als de luidspreker beweegt ten opzichte van de luisteraar, verandert de vorm van de geluidsgolf waardoor het geluid anders klinkt. Het geluid dat wordt uitgezonden in de bewegingsrichting van de luidspreker, beweegt half zo snel naar de luisteraar als de luidspreker zelf. De luisteraar hoort dus niets voordat de luidspreker hem bereikt heeft. De tonen die onderweg zijn uitgezonden, komen in omgekeerde volgorde bij hem aan: hij hoort de toonladder van achter naar voren. De geluidsgolven die worden uitgezonden in de tegengestelde richting van de beweging, worden niet omgedraaid maar alleen uitgerekt. Daardoor worden de tonen een octaaf lager en zit er twee keer zoveel tijd tussen de tonen. Deze tonen komen wel in de oorspronkelijk volgorde bij de luisteraar aan. Als de luidspreker eenmaal over de luisteraar heen is gevlogen, hoort hij dus twee toonladders: één van de ene kant in de oorspronkelijke volgorde en één van de andere kant in omgekeerde volgorde.

Vraag 7: Als je een oneindig grote vloer aaneengesloten zou betegelen met deze strikjes- en bootjestegels, wat is dan de verhouding tussen strikjes en bootjes?

• Meer dan 1 strikjestegel op 2 bootjestegels

Deze figuren kunnen slechts op één manier aaneengesloten worden gelegd:

Ze vormen een zogenaamd semi-periodiek rooster. Door simpelweg de figuren te tellen, zie je al dat de verhouding tussen strikjes en bootjes groter is dan 1:2. De exacte berekening van de verhouding vergt wat verbeeldingskracht. In het aaneengesloten tegelvlak kun je grotere strikjes- en bootjespatronen herkennen die zijn opgebouwd uit meerdere tegels (in de illustratie aangegeven met lijntjes op de tegels). Ieder groter strikje kan opgebouwd worden uit 2 strikjestegels en 6 halve bootjestegels. En ieder groter bootje uit 3 strikjestegels en 5 bootjestegels (2 hele + 6 halve). 1 strikje en 1 bootje bestaan samen dus uit 5 strikjes- en 8 bootjestegels. Deze grotere strikjes en bootjes vormen samen de basis voor nóg grotere strikjes en bootjes, die bestaan uit 34 strikjestegels en 55 bootjestegels. Vermenigvuldiging naar steeds grotere strikjes- en bootjespatronen leidt tot verhoudingen van strikjes- en bootjestegels die voorkomen in de bekende Fibonacci reeks: 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,.. In de limiet naar oneindig is de vergrotingsfactor tussen opeenvolgende getallen in deze reeks gelijk aan de gulden snede oftewel (½ + ½ √5). De verhouding tussen strikjes en bootjes op een oneindig grote vloer is dus 1: (½ + ½ √5). Dat is ongeveer 1:1,6 en dus meer dan 1:2.

Vraag 8: Wat gebeurt er met de zon als je het oppervlak zou proberen te blussen met water?

• De zon wordt heter

De zon produceert energie door middel van kernfusie: in de kern van de zon fuseren waterstofdeeltjes onder hoge druk tot helium. Deze druk wordt veroorzaakt door zwaartekracht. Hoe zwaarder een ster is, hoe hoger de druk in de kern en hoe sneller het fusieproces verloopt. Zolang de hoeveelheid water die we op de zon spuiten niet groter is dan zijn massa, zal de interne structuur niet veranderen en gaat de fusie in de kern gewoon door. Door de toevoeging van het water wordt de zon zwaarder en de druk in de kern hoger. Hierdoor gaat het fusieproces sneller en komt er meer energie vrij. De zon wordt dus heter en gaat feller branden.

Vraag 9: Welke uitvinding was volgens de Franse schilder Pierre-Auguste Renoir essentieel voor de ontwikkeling van het impressionisme?

• Verf in tubes

Tot halverwege de 19e eeuw maakten schilders hun verf nog zelf. Ze vervoerden die in potjes of dichtgebonden stukjes varkensblaas. Het probleem met de potjes was dat de verf altijd in contact kwam met de lucht en dus hard werd. Dat probleem werd opgelost door stukjes varkensblaas te gebruiken, maar die gingen snel stuk en waren ook erg onhandig in het gebruik. Het gevolg was dat schilders tot in de 19e eeuw wel in de open lucht schetsten of kleine schilderijtjes maakten, maar voor grotere werken altijd op het atelier waren aangewezen. De impressionisten wilden juist ontsnappen aan het atelier en de wereld schilderen zoals die was; met natuurlijk licht. In 1841 vroeg de Amerikaanse portretschilder John Goffe Rand patent aan op de tube: een loden cilinder die aan twee kanten dichtgemaakt was. Om de verf eruit te kunnen knijpen, moest er een gat in gemaakt worden. Die uitvinding gaf de impressionisten de mogelijkheid om buiten te schilderen. Renoir heeft daarover tegen zijn zoon, de filmregisseur Jean Renoir, gezegd: 'Ce furent les couleurs en tube, facilement transportables, qui leur avait permis de peindre complètement sur nature. Sans les couleurs en tube, pas de Cézanne, pas de Monet, pas de Sisley, pas de Pissaro, pas de ce que les journalistes devaient appeler l'impressionnisme.'

Vraag 10: Op zee drijft allerlei materiaal, waaronder organische resten en stukken plastic. Soms scheidt een golf de drijvende objecten en zie je clusters van organische resten en clusters van plastic. Hoe komt dit?

• Doordat plastic water afstoot en organische resten water aantrekken

Organische resten zoals stukjes zeewier trekken water aan (hydrofiel) en plastic is waterafstotend (hydrofoob). Uit onderzoek, onder andere gedaan aan de Universiteit Twente, blijkt dat wateraantrekkende drijvende deeltjes naar het laagste deel van de golf bewegen, terwijl waterafstotende deeltjes juist naar het hoogste deel van de golf bewegen. Op een vergelijkbare manier worden op zee hydrofiele organische resten zoals zeewier en hydrofoob plastic uit elkaar gedreven. Daarbij komt dat deeltjes met dezelfde mate van hydrofobiciteit elkaar sterk aantrekken. Dus als zeewier en plastic eenmaal gescheiden zijn, zullen ze niet snel meer mengen.

Vraag 11: Een stel heeft twee kinderen. Moeder vindt spruitjes niet bitter, vader wel. Het proeven van bitter is een dominante eigenschap van één gen. De werkzame en de niet-werkzame versie van dit gen komen even vaak voor. Wat is de kans dat beide kinderen de spruitjes niet bitter vinden smaken?

• Een zesde

Glucosinolaten zijn stoffen die koolsoorten als broccoli, bloemkool en spruitjes bitter maken. Deze stoffen kun je alleen proeven als je minimaal één werkzame kopie hebt van het TAS2R38-gen. Daarvan heeft iedereen twee kopieën, die wel (A) of niet (a) werkzaam zijn. Wie de AA- of Aa-variant heeft, proeft bitter. Maar mensen met een aa-genotype proeven geen bitter. Moeder vindt spruitjes niet bitter dus heeft aa. Vader kan wel bitter proeven dus heeft Aa of AA. Omdat A en a evenveel voorkomen, is de verhouding aa:Aa:AA = 1:2:1 (Aa en aA hebben dezelfde uitwerking). De combinatie Aa komt twee keer zo vaak voor als de combinatie AA. De kans is dus 2/3 dat vader Aa heeft. Als de vader het AA-genotype heeft, zullen alle nakomelingen Aa zijn en dus bitter kunnen proeven. Dus alleen bij een Aa-genotype van vader (2/3 kans hierop) is er 1/2 kans dat de nakomeling aa zal hebben, dus 2/3 x 1/2 = 1/3 kans per kind om géén bitter te kunnen proeven. De kans dat twee nakomelingen geen bitter proeven is dan: 2/3 x 1/2 x 1/2 = 1/6. Hoe gevoelig je bent voor de smaak van glucosinolaten wordt gemeten met de stof phenylthiocarbamide of PTC, die daar chemisch nauw aan verwant is.

Vraag 12: Wat was het aandeel van Nederland in de westerse slavenhandel tussen Afrika en de Nieuwe Wereld?

• Ongeveer 5%

Er zijn drie grote migratiestromen van Afrikaanse slaven geweest: binnen Afrika, van Afrika naar de Arabische wereld en van Afrika naar Noord- en Zuid-Amerika. De omvang van de laatste stroom is bekend doordat Europese slavenhandelaren een uitgebreide administratie bijhielden. Het totaal aantal slaven dat vanuit Afrika naar de Nieuwe Wereld en naar Europa (een klein deel) is vervoerd ligt rond de 12,5 miljoen. Daarvan zijn er ongeveer 600.000 door Nederlandse handelaren vervoerd, dus bijna 5%.

Vraag 13: Piet en Kees eten allebei een liter vegetarische groentesoep. Piet eet soep uit blik, Kees maakt zelf soep zonder zout. Wie is het extra gewicht van de soep het eerste kwijt?

• Kees

Het verschil zit in de hoeveelheid keukenzout (NaCl). Als je een liter zoutarme soep eet, daalt het NaCl-gehalte buiten de lichaamscellen. Dit vermindert de aanmaak van het hormoon dat de urineproductie remt (ADH). De nieren gaan dus meer urine produceren en het overtollige vocht wordt binnen een paar uur uitgeplast. Kees is het extra gewicht van de soep dan weer kwijt. In soep uit blik zit veel keukenzout. Als je dat eet, daalt het NaCl-gehalte buiten de lichaamscellen niet of nauwelijks en blijft de ADH-productie vrijwel gelijk. Er komt dus geen prikkel om de urineproductie te verhogen en zo het overtollige vocht kwijt te raken. Het gevolg is dat Piet het extra gewicht van de soep pas na een paar dagen kwijt is. Als Piet elke dag een liter soep uit blik zou eten, zou hij het overtollige vocht niet kwijt raken en steeds dikker worden.

Vraag 14: Waarom is iemand zien gapen voor kinderen met autisme minder aanstekelijk dan voor kinderen zonder autisme?

• Omdat ze niet goed genoeg kijken naar het hele gezicht van de ander

Verschillende onderzoekers ontdekten dat kinderen met autisme bij andere mensen vooral naar de mond kijken, en minder naar de ogen. Ander onderzoek naar gapen had al aangetoond dat mensen vooral gaan meegapen met een ander als ze naar de ogen van die persoon kijken. Kinderen met autisme die gedwongen werden om naar iemands ogen te kijken, bijvoorbeeld omdat ze moesten controleren of iemand een bril droeg, gaapten even vaak mee als niet-autistische kinderen. Antwoord A is niet juist omdat ook mensen zonder autisme niet mee gaan gapen omdat ze helemaal begrijpen waarom die ander gaapt. Algemeen wordt aangenomen dat sociaal gapen wordt veroorzaakt door een gevoel van empathie: je spiegelt het gedrag van de ander om te laten weten dat je bij de groep hoort. Het kan dus wel zo zijn dat kinderen met autisme minder meegapen omdat er sprake is van een minder snelle of verminderde empathische reactie. Antwoord C klopt ook niet: kinderen met autisme zijn vaak wel gevoeliger voor allerhande prikkels maar niet zozeer meer voor auditieve dan voor visuele prikkels.

Vraag 15: In een grote bak water van 4°C leg je een blok ijs. Wat gebeurt er met het waterniveau terwijl het ijs smelt?

• Het stijgt

De wet van Archimedes stelt dat het ijs een opwaartse kracht ervaart die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste hoeveelheid water. De dichtheid van water wordt groter naarmate het afkoelt van 100°C naar 4°C (het water krimpt). Water van 4°C heeft de grootste dichtheid die water kan hebben; zelfs groter dan ijs. Als de temperatuur van het water onder de 4°C daalt, wordt de dichtheid juist weer kleiner (het water zet uit). Deze onregelmatigheid heet de anomalie van water. Het ijsblok duwt een kleiner volume aan water van 4°C weg dan het koudere smeltwater inneemt. Als het blok smelt, zal het waterniveau dus stijgen. Overigens is het dichtheidsverschil tussen water van 0°C en van 4°C erg klein. 1 kilogram water van 0°C neemt 0,00013 liter minder volume in dan water van 4°C: dat is een verschil van 0,13 liter op 1 kubieke meter ijs.