ENGINEERINGNET.NL - De manier waarop voorwerpen drijven is nog maar gedeeltelijk begrepen. De wet van Archimedes verklaart bijvoorbeeld de opwaartse kracht op een voorwerp.
Dit principe biedt echt geen verklaring voor horizontale verplaatsingen. Het is dus nog niet duidelijk waarom de belletjes in een drankje naar de wand van een glas drijven of hoe zeeplanten over de golven deinen.
Onderzoeker dr. Ceyda Sanlı onderzocht dergelijke drijfbewegingen in samenwerking met TU Twente en het FOM, de stichting voor fundamenteel onderzoek naar materie.
Sanlı gebruikte voor haar onderzoek plastic kralen die op water drijven. Hieruit bleek dat wanneer een klein aantal kralen aanwezig is op het oppervlak, deze kralen naar de golven drijven. Dat gedrag verandert wanneer het aantal kralen een bepaalde hoeveelheid overschrijdt: een groot aantal kralen drijft juist naar de lage, minder bewegende delen van het water.
Dit is te wijten aan een fenomeen dat bekend staat als 'ademen'. Door de periodieke golfbeweging in het water bewegen de kralen in de lagere delen naar elkaar toe en van elkaar af, alsof ze ademen. Door deze beweging ontstaat er ruimte tussen de kralen, waardoor hun potentiële energie toeneemt.
Bij een klein aantal kralen is de verplaatsing door het 'ademen' klein, waardoor de potentiële energie maar weinig toeneemt. In dat geval is het voor de kralen energetisch voordelig om naar de knopen te bewegen. In de knopen 'ademen' de kralen niet, maar zijn ze dicht opeengepakt en schommelen ze zachtjes heen en weer. De potentiële energie is in dat geval laag.
Sanlı zag dat de kralen zichzelf inderdaad spontaan verplaatsen om de laagste energie te realiseren. Met dit inzicht is zelfs te voorspellen bij welk aantal kralen het patroon omdraait.
Het succesvol verklaren van het drijfgedrag van de kralen in termen van energie en 'ademen' is een doorbraak. Volgens Sanlı is deze methode ook te gebruiken bij het bestuderen van andere zelf-organiserende systemen, van biologische systemen (zoals hersennetwerken) tot zwermen (zoals vogelzwermen en mensenmassa's).
De resultaten kunnen helpen om onzuiverheden uit een oppervlak van gesmolten metaal te halen, of om plastic verontreinigingen uit papierpulp te verwijderen. Een andere mogelijke toepassing is het schoonmaken van het zeeoppervlak. Vervuiling van zeewater is een wereldwijd probleem dat een serieuze bedreiging vormt voor het zeeleven.
Wetenschappers pogen effectieve en energiezuinige methoden te ontwikkelen om het zeeoppervlak te reinigen. In dit project hebben de onderzoekers ontdekt dat drijvende deeltjes (zoals ook drijvend afval) zich op een georganiseerde manier verzamelen op oppervlaktegolven.
Met deze kennis kunnen golven op het zeeoppervlak worden gemaakt die afvalclusters vormen, wat het opruimen van het afval flink vergemakkelijkt. Het is zelfs mogelijk om verschillende soorten verontreiniging te scheiden, omdat verschillende voorwerpen op een golf in tegengestelde richtingen kunnen drijven.
Het onderzoek is op 13 mei 2014 gepubliceerd in Physical Review E.
