Een rad voor de ogen

In de bioscoop kunnen we ons vergapen aan de special effects van de huidige blockbusters. Het gekletter van huifkarren in een klassieke Western spreekt tot de verbeelding, en ook de razendsnelle achtervolgingsscènes in de weekendfilm zijn vaak indrukwekkend. Maar soms lijkt het wiel achterwaarts te draaien, terwijl de wagen vooruit rijdt… Hoe kan dat? Is er met de camera geknoeid, of valt dat optisch te verklaren? Onderstaand artikel opent je ogen!

Een tekenfilm is een vliegensvlug stripverhaal

Een wiel dat achteruit draait, terwijl de wagen voorwaarts snelt: dat bestààt niet. De wetten van de fysica zijn hierover loepzuiver en onverbiddelijk. Indien je zoiets ziet, zit je dus in de cinema of voor de televisie. Een film is immers een snelle opeenvolging van allemaal afzonderlijke beeldjes of frames. Een televisie toont 50 beeldjes per seconde, terwijl een film doorgaans bestaat uit 24 frames per seconde. Vor een animatiefilm van anderhalf uur moeten dus meer dan 125 000 tekeningen worden gemaakt! Het aantal beeldjes per seconde wordt frame rate genoemd.

Het kleefvermogen van onze ogen

Bovendien zijn onze ogen van nature uit lui. In de optica spreekt men van retinale persistentie, en in mensentaal over het kleefvermogen van onze ogen. Dit betekent dat ieder beeld bijna letterlijk op ons netvlies wordt gebrand. Wanneer we de ogen sluiten, blijven we het laatst gevormde beeld nog een fractie van een seconde zien. Het was de Gentse geleerde Joseph Plateau die ontdekte dat het beeld nog ongeveer een tiende van een seconde blijft hangen. Als we méér dan tien gelijkaardige beelden per seconde te zien krijgen, ervaren wij dit als een vloeiende beweging.

Een rad voor de ogen draaien

Een film is dus een razendsnel beeldverhaal, terwijl onze ogen lui zijn. Deze twee vaststellingen brengen ons dichter bij een verklaring voor het losgeslagen wiel. Neem nu een eenvoudig karrenwiel met identieke spaken dat draait in wijzerzin, zoals op onderstaande figuur:

 

Als het wiel vier seconden nodig heeft voor één volledige omwenteling, en we nemen iedere seconde een foto, dan zouden we telkens hetzelfde beeld zien. Met andere woorden: als de omwenteling-snelheid van het wiel gelijk is aan de frame rate van de film, denken we dat het wiel stilstaat!

Maar wat gebeurt er nu als het wiel ietsje trager draait?  De linkse spaak, die we even groen hebben geverfd, is dan iets minder dan een kwartslag gedraaid. Voor onze hersenen lijkt het echter alsof de bovenste spaak een klein beetje naar links is bewogen. Wij interpreteren die opeenvolging van beelden dus als een wiel dat achterwaarts draait! Afhankelijk van de snelheid, zien wij op televise of in de film dus een vertraagde rotatie, een stilstaand wiel of zelfs een wiel dat achterwaarts draait. Het zijn onze verwarde hersenen die ons een rad voor de ogen draaien…

© 2010 – Labo Vekalie

De werking van je GSM ontmaskerd

Mobiele telefonie valt niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Wij zijn altijd en overal bereikbaar op GSM, en kunnen tegenwoordig teksten, foto’s en video’s doorsturen of gewoon lieve woordjes fluisteren, waar ook ter wereld. Maar hoe werkt ons mobieltje? En is GSM-straling schadelijk voor de gezondheid? Onderstaande uitleg laat een belletje rinkelen!

Globaal Systeem voor Mobiele Communicatie

De afkorting G.S.M. staat voor ‘Globaal Systeem voor Mobiele Communicatie’, en is een communicatie-protocol. Dit betekent dat G.S.M. de spelregels voorschrijft waaronder je mobiele telefoon met zendmasten kan spreken. Het mobieltje (vaak ook “G.S.M.” genoemd) is, zoals je hieronder kunt ontdekken, eigenlijk een heel gesofisticeerde radio. En zijn straling is volstrekt onschadelijk.

Een GSM is een radio!

Een GSM is eigenlijk niets anders dan een hoogtechnologische kruising tussen een ouderwetse vaste telefoon en een radio. Inderdaad: bij een telefoon wordt je stem vervormd in een elektrisch signaal, dat vervolgens door een kabel wordt gestuurd naar de ontvanger, die het dan opnieuw omzet in trillende lucht, en dus geluid. Via zijn antenne ontvangt een radio dan weer golven, die door een zendmast worden uitgestuurd.

Een GSM combineert beide functies: het vervormt je stem (of SMS) tot een elektromagnetisch signaal, dat vervolgens uitgewisseld wordt met een zendmast. Een uitgebreid netwerk van zendmasten maakt het mogelijk nagenoeg overal ter wereld bereikbaar te blijven. De talrijke masten verdelen de aardbol als het ware in kleine cellen, vandaar ook de Engelstalige term “cel phone“. Omdat een GSM met verschillende frequenties werkt, kun je terzelfdertijd luisteren en spreken. Je kunt elkaar met andere woorden voortdurend in de rede vallen… De frequentie is het aantal maal dat een golf in een tijdspanne op en neer loopt. Onderstaande figuur vergelijkt een laagfrequente (groene) radiogolf met een (blauwe) GSM-straling, die een hogere frequentie heeft.

Liegen is ongezond

Met de regelmaat van de klok worden in de handel chips, magneetjes of stickers te koop aangeboden die de zogenaamde “kwalijke straling” van een GSM kunnen absorberen. De invloed van deze prutspleisters op je GSM is even doeltreffend als het effect van maanstenen op menstruatie: zij is onbestaande. De gewraakte GSM-straling. bestaat immers uit niets anders dan elektromagnetische golven, net zoals de golven van je radio, je magnetron of … zonlicht. De intensiteit van deze golven is bij een mobieltje dermate gering dat zij volstrekt onschadelijk is. Bovendien zou een sticker die de straling kan absorberen je GSM meteen onbruikbaar maken! Ook wie dicht bij een zendmast woont, hoeft niets te vrezen: het meest bezwarende wetenschappelijk bewijs tot op heden is een meting van een uiterst lokale temperatuursstijging ten belope van … 0,01°C. Kortom: wie urenlang in een GSM emmert, loopt meer kans op hersenschade door de inhoud van de gesprekken, dan door het gebruik van het toestel.

© 2010 – Labo Vekalie

Vuurwerk! Hoe steekt dat in elkaar?

Het nieuwe jaar dient zich aan met steile ambities, stoppen met roken, het vaste voornemen opnieuw te gaan lijnen, en… veelkleurig vuurwerk. Maar hoe steekt zo’n schouwspel precies in elkaar? Hoe kan die pijl weten dat hij een kleurrijke fontein van rood en geel moet worden, met glinsterende sterretjes daar ergens tussenin? Vele vragen… Maar we vuren de antwoorden hier op je af!

Over piraten die sterretjes zien

In wetenschappelijke termen is vuurwerk eigenlijk een pyrotechnisch mengsel, wat betekent dat scheikundigen allerlei brandbare en explosieve stoffen samen mengen tot een adembenemend en kleurrijk schouwspel. Om beter te begrijpen hoe die complexe samenstellingen aanleiding kunnen geven tot prachtige patronen, volstaat het een inzicht te verwerven in twee eenvoudige types vuurwerk: piraten en sterretjes.

Piraten zijn de kabouterversie van dynamietstaven: een kartonnen huls bevat een explosief poeder zoals buskruit, bestaande uit o.m. houtskool, zwavel en kaliumnitraat. Wanneer de brandende lont het buskruit bereikt, volgt een knetterende explosie, die dit type vuurwerk heel populair maakt bij jeugdige belhamels.

De zogenaamde sterretjes zijn een onschuldiger (en vooral stiller) type vuurwerk, waar de nadruk ligt op het lichtspel. De glinsterende zondvloed aan sterretjes, die tot een minuut kan duren, vergt een viertal ingrediënten:

1. de brandstof, zoals het buskruit van hierboven. Een oordeelkundig mengsel zorgt ervoor dat de verbranding traag verloopt, en dus niet zo explosief als bij piraten.
2. een oxidator, die zuurstof ter beschikking stelt om de verbranding te onderhouden. Zulke chemische stoffen, zoals kaliumchloraat, worden trouwens ook gebruikt voor de zuurstofvoorziening in vliegtuigen en onderzeeërs.
3. een bindmiddel, zoals suiker of zetmeel.
4. additieven, die de kleur van de vlam bepalen.

Door deze stoffen met water te mengen, vormt zich een stroperige brij, waarin een ijzerdraadje wordt gedopt. Zodra het mengsel gestold is, heb je een stevige sterrenspuwer in de hand.

De klap op de vuurpijl

Een vuurpijl bevat vele verschillende sterretjes, zoals getoond op onderstaande figuur. Het ontstekingsmechanisme onderaan dient om de vuurpijl te lanceren. Het principe is daarbij vergelijkbaar met een piraat: een explosief mengsel wordt tot ontploffing gebracht. Zodra de pijl de lucht inschiet, begint de lont binnenin te branden. De lengte van de lont bepaalt de hoogte waarop de pijl zal ontploffen. Als de vlam het buskruit bereikt, explodeert de vuurpijl en worden alle sterretjes op grote hoogte in het rond gestrooid. De toeschouwer op de begane grond kan zich vergapen aan een veelkleurig lichtspel.

Palmbomen in hartje winter

Goede voornemens in prachtige patronen

Het werkingsprincipe van een vuurpijl verklaart meteen hoe de prachtige patronen van een eindejaarsvuurwerk ontworpen worden. Zo kan een vuurpijl verschillende soorten sterretjes bevatten, met elk afzonderlijke kleuren. De schikking van de sterretjes in de pijl bepaalt het patroon (in cirkels, fonteinen, als palmbomen, …) van de ontploffing. Door verschillende pijlen als cluster af te vuren, worden getrapte figuren zichtbaar. Als de volgorde van de vuurpijlen bovendien geregisseerd wordt door een creatieve smid, wordt het vuurwerk een niet te versmaden schouwspel.

Laat de kleurrijke explosies je ambities voor het nieuwe jaar kracht bijzetten, en vertaal je goede voornemens in prachtige patronen, maar verlies daarbij de veiligheid nooit uit het oog.

… Gelukkig nieuwjaar!

© 2008 – Labo Vekalie

Hoe werkt kerstverlichting?

December dient zich aan, dus de kerstboom mag van stal. De ballen van de zolder, de slingers aan de muur. De woning vult zich gaandeweg met de mildheid van engelenhaar, geschenkverpakking, en… kerstverlichting, uiteraard. Al blijkt er ieder jaar opnieuw wel ergens een lampje stuk, waardoor het hele lint in onbruik raakt. Waarom heerst de duisternis zodra een enkel lampje de geest geeft? Hoe valt dat te verklaren, en is het te herstellen? Het vergt een rudimentaire kennis van de basisbegrippen uit de elektriciteitsleer, maar hieronder vind je alle antwoorden. We laten je niet langer in spanning!

Elektriciteit zijn stromende elektronen

Hoewel alledaags, heeft elektriciteit toch iets magisch: een enkele druk op de knop en er zij licht, muziek, televisie of warmte. Zonder stroom geen spinnende wasmachines of sapcentrifuges, geen stofzuiger noch vaatwas, en enkel koude koffie. Voor wie elektriciteit tot nader order een goed bewaard geheim bleef, volgt hierna een korte ontdekkingsreis in het zinderende spanningsveld tussen stroom, weerstand en vermogen.

Elektriciteit is in essentie het stromen van elektronen doorheen een verbruiker of ‘last’, zoals bv. een computer, een gloeilamp of een droogkast. Je kunt dat een beetje vergelijken met het beklimmen van een berg. Met een auto raak je rapper boven dan met een fiets, omdat een wagen meer potentieel heeft om bergop te rijden. Dit potentieel wordt in de elektriciteitsleer spanning genoemd, en uitgedrukt in Volt. Zo is een driewieler bv. vergelijkbaar met een batterij van 1.5 Volt, terwijl een terreinwagen doet denken aan het stopcontact van 220 Volt. De helling van de berg wordt weerstand genoemd (en uitgedrukt in Ohm), en de snelheid waarmee je klimt heet stroom (en wordt gemeten in ampère). De meest elementaire basiswet van de elektriciteitsleer stelt dat deze stroom gelijk is aan de spanning gedeeld door de weerstand, wat betekent dat je sneller stijgt indien de spanning hoger is (m.a.w. een krachtige wagen), of indien de weerstand verlaagt (bv. op een nagenoeg vlakke weg).

Stroomkring

De figuur hierboven toont een stroomkring, waarbij de spanning van het lichtnet (220 Volt) een elektrische stroom stuurt die een gloeilamp (de verbruiker of last) doet branden.

…Er gaat mij een licht op!

Kerstverlichting bestaat uiteraard uit talloze lampjes, wat de stroomkring iets ingewikkelder maakt. In principe bestaan er twee manieren om verschillende lasten te schakelen, zoals hieronder getoond.

Parallel- en serieschakeling

In een parallelschakeling hebben de lampjes elk hun eigen stroomkring, met gelijke spanning. Indien de lampjes na elkaar worden geplaatst (in een zgn. serieschakeling), kan de stroom slechts langs één weg gaan, en wordt de spanning verdeeld over de verschillende lampjes. Dit verklaart meteen waarom de kerstverlichting zo kwetsbaar is: de verschillende lampjes zijn immers in serie geschakeld, en zodra er eentje faalt wordt de stroomkring onderbroken, met totale duisternis tot gevolg…

Daarom zijn de meeste lampjes heden ten dage uitgerust met een shunt: wanneer het lampje faalt, wordt via deze ‘by-pass’ de stroom nog steeds doorgevoerd naar het volgende lampje, waardoor de rest van de slinger intact blijft. Denk daarbij aan een tunnel: je beklimt niet langer de berg, maar geeft de stroom rechtstreeks door aan de volgende gebruiker.

Waar brandt de lamp (niet)?

Je hebt het hele huis gedecoreerd met kerstlampjes: de postbus, de kerststal in de tuin, het ornament van herten, het dak, de voordeur,… Daarna volgt dan het moment suprème: de stekker gaat in het stopcontact en… plotseling gebeurt er niets. Het hele titanenwerk blijft onderbelicht omdat er ergens één lampje niet werkt.

Niet getreurd! Je hoeft niet elk lampje afzonderlijk uit te draaien om telkenmale de gloeidraad te bestuderen. In de handel zijn relatief goedkope testers voorhanden die verraden waar de kink in de kabel zit, door het volledige traject af te scannen. Zulke sensoren detecteren de elektromagnetische golven die uitgezonden worden door een stroomvoerende kabel. Wanneer de sensor geen signaal meer ontvangt, bevindt hij zich ter hoogte van een kabel die niet langer stroom voert, m.a.w. in de buurt van het kapotte lampje.

Blinking lights and other revelations

Je begrijpt inmiddels de nuances tussen spanning en stroom, en waarom een enkel lampje de volledige kerstverlichting kan laten doven, maar het concept van knipperlichtjes blijft een raadsel?  Ziehier het antwoord: het volstaat om ergens in de keten de gloeidraad van een enkel lampje te vervangen door een bimetaal. Het principe is vergelijkbaar met dat van een thermostaat: als het lampje brandt -en dus opwarmt- kromt het bimetaal, waardoor het contact verliets en de stroomkring doorbroken wordt. De hele slinger dooft dus, en de lampjes koelen af, waardoor het bimetaal na verloop van tijd opnieuw contact zal maken. De argeloze feestvierder gaat voorbij aan de mechanica van bimetalen thermostaten, maar merkt louter een knipperend patroon van achtereenvolgens oplichtende en uitdovende lampjes. Bij moderne uitvoeringen wordt niet langer een bimetaal ingebouwd, maar een heuse micro-computer, die de meest diverse knipperlichtpatronen toelaat.

Ziezo. Deze spoedcursus elektriciteit nodigt alvast uit om die dozen kerstversiering van de zolder te halen. En mocht de verlichting niet langer blijken te werken, dan kun je nog steeds de feestdagen doorbrengen bij de intieme gloed van kaarslicht… 😉

© 2008 – Labo Vekalie