KAREL KNIP
Eerder verschenen
columns

JL HELDRING
HJAHOFLAND
ROEL JANSSEN
CS VRIJDAG
ELSBETH ETTY
YOUP VAN 'T HEK
LEO PRICK

KAREL KNIP

7 oktober 2000

Etnakringen

EEN TEVREDEN ROKER is geen onruststoker, schrijft lezer S.B. in Haarlem. 'Maar de Etna die ik tijdens de vakantie bezocht is wel degelijk een onruststoker terwijl hij toch geregeld tevreden kringetjes blaast. Enige malen per uur hoor je een diep gerommel en dan stijgt er een grote, witte ring op. Ik vraag me af hoe die ontstaat. De helder witte kleur wijst op condensvorming rond een stoombel en zou dus zijn te vergelijken met de condensstrepen van vliegtuigen.' De Haarlemmerlezer sluit overtuigende kleurenfoto's bij. De gewone wolken die uit de Etna opstijgen zijn daarop grijsgeel van kleur, de verbazingwekkende ring is spierwit.

Terwille van de jongere lezers wordt hier opgemerkt dat de Etna een vulkaan is op Sicilië, een crimineel eiland in de zee tussen Italië en Tunesië. De Etna is Europa's grootste werkende vulkaan: zijn top ligt hoger dan drieduizend meter, dus de veronderstelling dat de vulkanische gassen (die veel waterdamp, kooldioxide en vaak ook SO bevatten) condenseren is niet zo gezocht. Tevreden bezitters van het hier frequent geciteerde 'The flying circus of physics' van Jearl Walker (John Wiley, 1977, nog steeds leverbaar) weten dat de ringen die wij kringen noemen in het Engels 'smoke rings' heten. Walker bespreekt een gecompliceerde truc met de rook van een sigaar.

Wie het zonder het 'circus' moet stellen vindt veel nuttige literatuur met hulp van zoekmachine www.northernlight.com en het trefwoord 'smoke ring'. Doe er iets bij als physics, vortex, vortices, machine of device, anders blijft het te vrijblijvend. Het trefwoord 'physics' zeeft altijd veel onzin weg en levert in het onderhavige geval allerlei wetenswaardigs over de omgang met Cubaanse sigaren. (Ook over de lubmolen, bijvoorbeeld.)Het merendeel van de internet-literatuur gaat over de reproduceerbare productie van rookkringetjes. In de loop van de tijd zijn daar door handel en hobby heel gewichtige contrapties voor bedacht, maar tegenwoordig gaat het het makkelijkst met het soort koffiebekers dat op het station wordt verkocht. Die krijgen een deksel mee tegen het morsen. Als 'ring-vortex launcher' moet de beker schoon en droog zijn. Maak in de bodem een gat ter grootte van een dubbeltje of een kwartje en koop daarna een fijne sigaar. Als deze eenmaal goed brandt wordt de beker met rook gevuld. De hoogste rookconcentratie bereikt men door mondrook min of meer kokhalzend vantussen de getuite lippen in de beker te laten zakken en die dan snel af te sluiten. Men kan ook rook door het zelf geknipte gaatje naar binnen blazen en daarbij de deksel op een kier zetten. Wacht een paar seconden, breng de beker horizontaal en tik dan met een van de vier vingers zachtjes op het deksel. Onmiddellijk steekt een scherpbegrensde rookkring over naar het andere eind van de kamer. Extra goed komt hij in beeld als-ie daar wordt opgewacht door een felbrandende lamp en, vanuit de waarnemer bekeken, voor een donkere achtergrond langs trekt. Het bijgaande plaatje is digitaal wat aangezet maar ook zonder dat is het adembenemend mooi.

Jongere AW-laboranten melden behoedzaam dat dit proefje tegenwoordig op veel scholen al min of meer standaard is opgenomen in het natuurkunde pakket. Zo leuk is tegenwoordig het natuurkundeonderwijs! De Maagdenburger halve bollen zijn passé. Het is vermeldenswaard dat de jongere AW-laboranten geen herinnering bewaren aan de verklaring van het rookfenomeen, misschien dat die er destijds bij inschoot. Ook internet was niet scheutig met een uitleg, die moest komen van de literatuur waarnaar Jearl Walker's circus verwijst. Geheel zelfstandig was natuurlijk al de conclusie getrokken dat de door de Haarlemmerlezer veronderstelde (en aannemelijke) condensatie geen noodzakelijke voorwaarde is voor het ontstaan van de kringen. Het is een aardig bijkomend effect, dat ook optreedt als men een theepot gevuld met hete thee zachtjes heen en weer schommelt. Dan komen er voordurend stoomkringetjes uit de tuit.

In de rubriek 'The amateur scientist' in Scientific American van januari 1965 beschrijft C.L. Stong (de voorloper van Jearl Walker) een aantal eenvoudige proefjes die wat meer inzicht geven in het verschijnsel. Met goed gemikte rookkringen kan men op een afstand van meerdere meters kaarsen uitblazen en zeepbellen laten knappen. Hoe lokaal de luchtstroom rond de 'vortex ring' is wordt duidelijk zodra men de rookkring afstuurt op een fragiel gordijn van dunne zijden draadjes die met onderlinge afstanden van een centimeter van een horizontaal gehouden lat of roe naar beneden hangen. Een raamwerk van dertig bij dertig centimeter is voldoende groot. Dit proefje leert dat ook de rook geen noodzakelijk onderdeel van de voorstelling is. Rook maakt de kringen zichtbaar, maar dezelfde beweging in de zijden draden treedt op als de koffiebeker geheel vrij blijft van rook. Onzichtbare ringen blazen, dat is van een schoonheid die in deze rubriek niet eerder aan de orde kwam.

Hoe de luchtbeweging rond de 'vortex ring' precies is krijgt men niet makkelijk te zien. Het best liggen de kansen als, op de beschreven manier, een gekleurde vloeistof behoedzaam in een ongekleurde vloeistof wordt geblazen of gedruppeld, want ook dan onstaan makkelijk kringen. Nature van 14 juni 1958 beschrijft een proef met een klei- suspensie in water die vanuit een pipet in een aquarium druppelt. De gevormde kringen trekken heel langzaam naar beneden. (Met vulpeninkt in een glas water gaat het ook.) Jearl Walker beschrijft het proces aldus: zodra de druppel het water invalt worden de zijkanten van de druppel meer afgeremd dan het centrum, dat steeds verder voorop komt te liggen. De typische donut-vorm ontstaat tenslotte als het materiaal uit het centrum mee omkrult naar buiten en daarna niet meer opnieuw in het centrum kan belanden.

P.S. Geloof het of niet, ook de Etna-ringen staan al op internet. Zoeken met ring AND santorini AND volcano. New!

Karel Knip