Je leest:

Golfjes op de Nijl

Golfjes op de Nijl

Auteur: | 19 augustus 2004

Een boottocht over de Nijl? Geweldig idee! Genieten van de Egyptische oudheden, relaxen in de zon en wind…en foto’s maken natuurlijk. Aparte foto’s, eerlijk gezegd…

Je hebt mensen die op een boot wezenloos voor zich uitstaren tot de gastheer de volgende bezienswaardigheid aankondigt. Een prima manier om mooie zaken te missen, toonde Kennislink’s hoofdredacteur aan. Op vakantie in Egypte vermaakte hij zich met een trillende asbak vol water. Zie vooral de afbeeldingenreeks onderaan dit artikel!

Met brommende motor over de Nijl: deze onschuldige asbak vol water werd daardoor het onderwerp van een hele fotoserie! bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Rimpelingen in het water kennen we allemaal wel. Gooi maar eens een steen in een vijver en je ziet de cirkels over het water glijden. Gooi twee stenen tegelijk en een eindje uit elkaar, en waar de golven elkaar raken zie je interferentie: de golven versterken elkaar of doven elkaar juist uit.

Wat er gebeurt is, dat het water met twee golfbewegingen tegelijk probeert te bewegen. Als de toppen van twee golven elkaar ontmoeten, komt het water extra omhoog, maar als een top en dal raken, dempt de beweging juist uit. Twee dalen veroorzaken een extra diepe kuil in het water.

Interfererende watergolven. De twee bronnen (links) zenden allebei golven uit. Waar toppen elkaar snijden (lichte plekken) komt het water extra omhoog; waar top en dal raken, wordt het water vlak; waar twee dalen snijden, daalt het water extra diep.

Maar wat als er continu trillingen bijkomen? De motor van het nijlschip zorgde voor zo’n aanvoer. Via de romp en het dek werd de trilling overgedragen op de asbak en het water daarin. De frequentie van de golven en afmetingen van de asbak bleken precies goed om een staand golfpatroon te maken. Zulke patronen kom je in allerlei golven tegen: in water, in een gitaarsnaar of in elektromagnetische golven. Hoe werkt het precies?

In een kleine ruimte kaatsen golven natuurlijk continu van de wanden af. Als de golflengte van een golf precies in die ruimte past – of er precies een aantal keer inpast – gaan de weerkaatsingen op een speciale manier interfereren. Op bepaalde plekken (de knopen) werken de golven elkaar de hele tijd tegen. In de asbak staat het water dan stil. Maar op andere plekken vormen zich buiken: alle golven duwen daar tegelijkertijd dezelfde kant op, dan weer omhoog, dan weer omlaag. Het water in een buik schiet dus de hele tijd in een heftige beweging op en neer.

Staand golfpatroon in een waterbak. De rode en blauwe trillingen bewegen door de vloeistof heen; de witte lijn is de vorm die het wateroppervlak onder invloed van beide aanneemt. bron: Eric T. Lane

Koppeschaar’s asbak op de Nijl is een prachtig voorbeeld van een ‘bijna staand’ golfpatroon. “Neerzetten op de trillende tafel veroorzaakte knopen, iets meer dan halverwege uit het centrum. Die gingen echter zeer snel over in het meer chaotische, bijna staande patroon dat aanhield. Een fantastisch gezicht!”

De motortrillingen veroorzaakten golven, die nét niet perfect in de asbak pasten. Vandaar dat het golfpatroon in de loop der tijd verandert. Op de onderstaande foto’s is dat mooi te zien.

Om een net experiment te houden begint de fotoreeks door de asbak eerst van de tafel te halen. Daardoor komt het water tot rust. Bij het eerste contact met de tafel ontstaan ringvormige golfjes…

Bij het eerste contact met de tafel ontstaan ringvormige golfjes. bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

De eerste golfjes weerkaatsen van de zijkant en reizen terug naar het midden van de asbak. De trillingen van de boot wekken steeds nieuwe golven op, en die interfereren: bergen en dalen vormen zich in de vloeistof.

De trillingen van de boot wekken steeds nieuwe golven op, en die interfereren: bergen en dalen vormen zich in de vloeistof. bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het interferentiepatroon breidt zich uit over het hele wateroppervlak. Vreemd genoeg lijkt het centrum even tot rust te komen. Op het moment van fotograferen zijn daar toevallig een aantal golven bij elkaar gekomen die elkaars beweging ophieven. Vandaar het vlakke middendeel.

Het interferentiepatroon breidt zich uit over het hele wateroppervlak. Vreemd genoeg lijkt het centrum even tot rust te komen. bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Uiteindelijk stabiliseert het golfpatroon. De hele oppervlakte van het water is nu in het patroon betrokken; er lijken zich ook buiken en knopen te vormen. Dat zijn plekken die of helemaal niet, of juist heel heftig op en neer golven.

De hele oppervlakte van het water is nu in het patroon betrokken; er lijken zich ook buiken en knopen te vormen. bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Een tweede foto van het eindpatroon laat zien dat het interferentiepatroon niet perfect regelmatig is; er zit een zekere wanorde in. Toch: niet gek voor een trillende asbak op een nijlschip!

Het interferentiepatroon is niet perfect regelmatig; er zit een zekere wanorde in. bron: Carl KoppeschaarKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Voor wie het hele proces eens in actie wil zien: een mpeg-film (2,5 Mb) van de watertrillingen.

Faraday-golven

Het idee van patronen in een trillende vloeistof is niet nieuw. De Britse schei- en natuurkundige Michael Faraday voorspelde al dat water een ribbelpatroon gaat vertonen als je het met de juiste snelheid en kracht heen en weer laat trillen. De Faraday-golven, ook wel Faraday crispations genoemd, treden in water in een bepaald frequentiegebied. Snellere trillingen, en er worden geen stabiele patronen gevormd. Dan zie je chaotische golven op het oppervlak. Bij te langzame trillingen blijven de golfjes niet op het oppervlak ‘staan’; de vloeistof heeft dan de tijd om terug te vloeien naar een vlakke laag voor de volgende trilling komt. Hoe stroperiger de vloeistof, hoe lager de frequentie waarbij zich al Faraday-golven vormen.

Meer weten?

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 augustus 2004
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.