STEM Concretisering
Cohesie van een waterdruppel
André Kuijpers neemt cohesie (en adhesie) van een waterdruppel met daarin een luchtbel waar in het Internationaal Ruimtestation ISS.
Bron: NASA Launchpad: Cohesion and Adhesion On-Board the International Space Station.
Cohesie in een sneeuwkristal
Zesvoudige symmetrie in een sneeuwkristal. Elke sneeuwvlok is quasi uniek. Hoe blijft dit aan elkaar?
Directe waarnemingen leiden niet altijd zomaar tot de juiste fysica
1. Heeft een lichaam de neiging om tot rust te komen?
Experiment: Rol een knikker over de tafel.
Waarneming: Na een tijd komt die tot stilstand.
Besluit: Een lichaam waar geen kracht op inwerkt, komt tot stilstand.
Moet je een kracht blijven uitoefenen op een lichaam om het in beweging te houden?
Ook hier laat het dagelijks leven schijnbaar zien dat dit waar is.
Waarom nemen we dan in de wetenschappen precies het omgekeerde aan: het is toch een paradoxaal idee dat een lichaam de neiging heeft om in beweging te blijven terwijl je zo duidelijk in de buitenwereld ziet dat een lichaam juist de neiging heeft om tot rust te komen. De omkering van het principe (t.o.v. Aristoteles) is een verdienste van Galilei (beschreven in zijn 'Dialogo' ).
2. Vallen zware voorwerpen sneller dan lichte?
Natuurlijk! Je ziet het toch alle dagen voor je: een loden knikker valt sneller dan een pluimpje. De wetenschappen bouwt toch verder op experimenten, dus dit is eenvoudig te bewijzen.
Besluit: Uit experimenten blijkt dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte.
Maar is dit waar?
De mensheid ziet de maan al miljoenen jaren aan de hemel staan en appels vallen ook al lang maar men heeft daarmee nog geen mechanica van Newton die de beweging van de maan rond de aarde en het vallen van appels kan verklaren met dezelfde principes!
Newton verklaarde het vallen van de appel en de beweging van de maan om de aarde vanuit eenzelfde gravitatiewet.
Wat zijn de bewegingswetten waaraan de bewegingen van alle dingen moeten voldoen? Zijn er fundamentele wetten in de natuur waaraan zowel de bewegingen van vallende appels als de bewegingen van hemellichamen, moeten voldoen?
Voor de mens lijken vallende appels en de omwenteling van hemellichamen alvast 2 fenomenen die niet zo gek veel met elkaar te maken hebben. Newton verenigde ze echter door een universele zwaartewet aan te nemen.
Newtons theorie voorspelde dat het mogelijk zou zijn om een kanonskogel (als hij maar snel genoeg zou weggeschoten worden) in een baan om de aarde te brengen. Hij redeneerde als volgt: Veronderstel dat men in horizontale richting een kogel afschiet van een toren of een berg. De kogel volgt een kogelbaan en valt op enige afstand van de toren op de grond. Hoe harder men de kogel schiet, hoe verder hij van de toren weg komt. Maar, bij een grotere afstand begint het aardoppervlak merkbaar te krommen; ze kromt als het ware van de vallende kogel weg. Bij afwezigheid van luchtweerstand moet het mogelijk zijn om de kogel zo hard weg te schieten dat hij net zo snel valt als de aarde onder de kogel ‘weg kromt’. In dat geval bereikt de kogel aan de andere kant weer de toren…
Precies dat doet de maan. Ze valt naar de aarde toe, maar door haar horizontale snelheid kromt het aardoppervlak steeds onder haar weg tijdens de val, en bereikt ze nooit het oppervlak: de maan is in een baan om de aarde.
