Schlichting!: Een zware bal in een gemakkelijke spin
© Spectrumwetenschap/Mike Zeitz (uittreksel)
Snelheidsbestand | Vanwege de viscositeit blijft water zich feitelijk aan de wanden hechten en stroomt het sneller naar het midden.
Het is vergelijkbaar met een rollerbal. De tussen de afdekking en het deksel gevormde opening komt overeen met de buis waardoor de stroom stroomt. Viscositeit veroorzaakt een drukval tussen de waterstroom onder de basis en de bovenrand – tot aan de externe atmosferische druk.
Er schuilt verbazingwekkende natuurkunde achter veel alledaagse voorwerpen. Voel het al jaren Hans Joachim Schlichting Hij legt deze verschijnselen uit in zijn column voor lezers van ‘Spectrum of Sciences’. Schlichting is hoogleraar onderwijsfysica en werkte tot zijn pensionering aan de Universiteit van Münster.
Maar hoe weet je zeker dat de druk correct is? De opening mag niet te klein zijn om geen contact tussen oppervlakken te riskeren, maar ook niet te groot om de bal niet van de basis te duwen. Om deze stabiliteit te bereiken is echter voldoende watertoevoer voldoende. Dan past de hoogte zich vanzelf aan. Als de bal iets zinkt, neemt de druk van het stromende water sterker toe dan het verschil in positie. Hierdoor neemt de dikte van de waterlaag zeer snel weer toe. Omgekeerd, als de bal wordt opgetild, daalt de druk snel. Cruciaal voor dit zelfregulerende proces is een niet-lineaire relatie tussen drukvariatie en afstand in de zogenaamde Hagen-Poiseuille-wet, die stromingsomstandigheden beschrijft.
Precisie in graniet
Rekening houdend met de 1,4 ton wegende granieten bal hier en de 25 centimeter hoge koepel, is de hoogte van het stromende water minder dan een millimeter. Er zou zelfs geen ansichtkaart tussen passen. Als er op een openbare plek een bal ligt, zorgt dit er overigens voor dat kinderen hun vingers niet in de opening kunnen steken. De kleine opening betekent dat de gepolijste kogel en zijn basis zeer nauwkeurig moeten worden gemaakt. Gezien deze precisie kun je, ondanks de gewone materialen, zeker spreken van hightech producten.
“Deze lichtheid lijkt mij erg moeilijk.”Flann O'Brien
Dankzij de goede smering is het heel gemakkelijk om de bal te bewegen en de draairichting te veranderen – zelfs kleine onregelmatigheden en invloeden van buitenaf zijn voldoende. Op dezelfde manier zorgt de lage wrijving ervoor dat als het eenmaal begint te draaien, het nog lang doorgaat.