Natuurkunde

granulaire stoffen


Inleiding

Het is je vast wel eens opgevallen. Wanneer je op blote voeten langs de kustlijn loopt door het vochtige zand, wordt het zand rondom de plek waar je je voeten neerzet altijd wat lichter dan het was. Op een of andere manier wordt het zand daar droger dan voordat je er ging staan. Hoewel je hier misschien nooit bij nagedacht hebt, is dit een unieke eigenschap van zand. En dit is niet de enige unieke eigenschap van zand. Zand is namelijk een granulaire stof en dat soort stoffen heeft enkele bijzondere eigenschappen. 

Granulaire stoffen

De specifieke eigenschap van zand die in de inleiding wordt beschreven, is een eigenschap die hoort bij alle granulaire stoffen. Granulaire stoffen zijn korrelvormige stoffen en komen net als andere stoffen voor in een vaste, vloeibare en gasfase. Het grootste verschil tussen granulaire en gewone stoffen is dat gewone stoffen zich gelijkmatig over een ruimte verspreiden terwijl granulaire stoffen onder bepaalde omstandigheden gaan samenklonteren. In de animatie hiernaast is dat goed te zien. Beide bakjes beginnen met een gelijk aantal balletjes maar na verloop van tijd zitten alle balletjes in hetzelfde bakje. Dat dit mogelijk is, komt doordat de balletjes energie verliezen wanneer ze met elkaar botsen. Wanneer het evenwicht op een gegeven moment verstoort is doordat er in het ene bakje meer balletjes terecht zijn gekomen dan in het andere bakje, zullen in het bakje met meer balletjes meer botsingen plaatsvinden. Hierdoor zal veel bewegingsenergie verloren gaan en kunnen balletjes het bakje lastiger verlaten. In het bakje met minder balletjes zal het tegenovergestelde gebeuren. Omdat in het bakje met de meeste balletjes veel bewegingsenergie verloren wordt, zal dit bakje wel meer geluid en warmte produceren. Dit principe zal overigens niet bij alle trillingsfrequenties plaatsvinden. Om dit effect zichtbaar te maken moeten de bakjes met een relatief lage frequentie worden getrild.

Voetafdruk op het strand

Het verschijnsel uit de inleiding dat nat strandzand droger wordt als je er op gaat staan, is een ander verschijnsel dat typisch is voor granulaire stoffen. Granulaire stoffen zullen zich in rusttoestand namelijk altijd in ideale pakking nestelen. Op het moment dat je je voet op het in rust zijnde natte strandzand zet, kan deze ideale pakking alleen maar verminderen waardoor de stof zal uitzetten. Doordat de stof uitzet krijgt het water in het zand meer ruimte en zakt het water weg. Het gevolg is dat de toplaag van het zand droger zal worden.

onderzoeksvragen

Botsen
Aan de hand van welke natuurkundige wetten is de samenklontering van granulaire stoffen te verklaren?

De wereld om je heen
Welke voorbeelden van verschijnselen die typisch zijn voor granulaire stoffen zie je allemaal in de wereld om je heen?

Samenklonteringen
Samenklontering van granulaire stoffen kan problemen opleveren bij de productie bij medicijnen waardoor alle actieve stoffen in één pil komen. Hoe kunnen samenklonteringen worden tegengegaan of worden terug gedraaid?