Sluitstuk | Wervelende kleuren in de waterbak

Sluitstuk | Wervelende kleuren in de waterbak

16 oktober 2014

Wie op vakantie wel eens bij een kabbelend beekje heeft gezeten, weet dat de effecten van een flinke tak of steen op de bodem goed te zien zijn aan de stromingen in het water. Student Technische Natuurkunde Antoon van Hooft ruilde de kabbelende beek om voor een draaiende waterbak en bestudeert hierin het ontstaan van wervelingen bij scherpe randen.

Het is een imposante constructie. De grote rechthoekige waterbak draait met een constante snelheid rond - volgens masterstudent Technische Natuurkunde Antoon van Hooft snel genoeg om er draaierig van te worden als je er maar lang genoeg mee bezig bent - en erboven hangt aan stalen balken een meedraaiende camera, verzwaard door gewichten voor de stabiliteit. In de waterbak staat een plaat met scherpe randen, cruciaal voor het afstudeeronderzoek van Antoon. Hij bekijkt namelijk hoe er langs deze randen wervels ontstaan die de aanwezige stroming kan beïnvloeden.

In eerste instantie fundamenteel onderzoek, maar ook van belang voor bijvoorbeeld het verbeteren van de weersvoorspelling, legt Antoon uit. “De lage- en hogedrukgebieden op de satellietbeelden bewegen als wervelende vloeistofstromen. Een bergketen - ook een scherpe rand - kan veranderingen in de wervels veroorzaken, en daardoor een verandering in het weerbeeld. Door mijn waterbakexperimenten heb ik een model kunnen maken dat de stromingen kan simuleren. Dat kan gebruikt worden door weerdeskundigen, maar ook op andere vlakken zoals het in kaart brengen van drijvende verontreiniging in oceanen of transport van plankton in de zee.”

Ondertussen toont Antoon een filmpje van een eerder experiment. Uit een cilinder in de waterbak stroomt een groene vloeistof, recht op de plaat af die met een oranje kleurstof is omgeven. Al snel ontstaat er een kleurstofbol in de vorm van een draaikolk - Antoon noemt het een vortexstructuur - en eenmaal dichtbij de scherpe rand deelt de draaikolk zich in tweeën: een dipoolvortex. Hij wijst op de oranje vloeistof, die is opgesloten in de groene wervel en zich langzaam voortbeweegt. “De twee kleurstoffen in de bol kunnen samen aan de wandel gaan, zonder dat er een externe stroming is opgewekt. Een efficiënte manier van transport voor vervuilende plasticdeeltjes of plankton in een oceaan.”

De kleurstofstromingen hebben een hoog kunstgehalte en zijn prachtig om te zien. Volgens Antoon is het een prima methode om het proces globaal te volgen, maar om te zien wat er precies gebeurt, gebruikt hij kleine plastic bolletjes. Met speciale software kan hij de deeltjes volgen en er allerlei berekeningen op loslaten, zoals het bepalen van de snelheid op verschillende punten in de wervel.

Naast het experimentele werk in de waterbak - “een van de weinige TN-onderzoeksvelden die zich op grote schaal afspeelt en met het blote oog te zien is” - heeft Antoon ook numerieke simulaties op de computer uitgevoerd. Na een jaar resulteert dit nu in een publiceerbaar model voor wervelstromingen bij scherpe randen, een mooie opsteker. Maar voordat hij met schrijven kan beginnen, zijn er nog een paar experimenten die finetuning behoeven. En dat betekent gelukkig extra bedenktijd, want Antoon is er nog steeds niet uit wat hij na zijn afstuderen wil gaan doen. “Technische Natuurkunde is heel breed en ik vind eigenlijk alles superleuk. Best lastig.”

Meest gelezen

Lusten en lasten van sneeuw

Online samenvattingen delen? Dat mag niet zomaar

Oproep aan LGBTU/e: "Ben alsjeblieft onze rolmodellen"

En ik vind | Verkiezingsfaçade

Bouwkunde bestaat een halve eeuw