De antwoorden van de Nationale Wetenschapsquiz 2014

Op deze pagina vind je de antwoorden van de Nationale Wetenschapsquiz 2014. Ook dit jaar weer georganiseerd door de VPRO en NWO.

Vraag 1

Waardoor wordt pastis troebel als je water toevoegt?

A. De smaakstoffen lossen slecht op in water
B. In water vormt anijs eiwitten
C. Er ontstaan heel kleine ijskristalletjes

Antwoord

Het juiste antwoord is A. Pastis is een aperitief op basis van steranijs en kruidenextracten en wordt vooral in Frankrijk gedronken. Het alcoholpercentage ligt rond de 45 procent.

De typische anijssmaak van pastis wordt veroorzaakt door anethol (C10H12O). Deze stof lost slecht op in water, maar wel goed in alcohol. Bij een alcoholpercentage van boven de 45%, lost anethol op. Als het alcoholpercentage onder de 45% komt, vormen zich kristallen. Die veroorzaken de vertroebeling. Dit staat bekend als het "ouzo-effect", naar de Groiekse anijsdrank met dezelfde eigenschap. In het Frans staat het bekend als het "louche-effect" (louche is Frans voor troebel).

Het verlagen van de temperatuur vermindert het oplossend vermogen van alcohol. Het ouzo-effect treedt daarom ook op als je de drank sterk afkoelt.
Anethol komt behalve in steranijs ook voor in dille, dragon en basilicum en is één van de uitgangsstoffen voor de productie van XTC.

Het ouzo-effect is met een eenvoudig experiment aan te tonen: los een paar druppels anijsolie op in alcohol. De vloeistof blijft kleurloos. Als je er water bij doet, wordt de vloeistof troebel zodra het alcoholgehalte lager is dan 45%. Als je er weer alcohol aan toevoegt, wordt de vloeistof helder op het moment dat het weer meer dan 45% alcohol bevat.

 

Voor de echte liefhebbers, zo maak je zelf pastis:
Dit heb je nodig:
- 1/2 liter alcohol van 90% (pas op! gebruik alleen 90% alcohol op waterbasis!)
- 1/2 liter water
- 5 lindebloesems
- 5 eetlepels kristalsuiker
- 1 eetlepel anethol (anijsextract)
- 1 stuk zoethout

Bereiding:
De lindebloesem is gewoonlijk te plukken eind juni.
Doe alle ingrediënten in een grote beker met grote opening en die groot genoeg van inhoud is. Roer eens goed door en zet de grote beker op een donkere plaats bij kamertemperatuur. Schud regelmatig eens met de bokaal. Na 3 weken filteren over een koffiefilter. Opdienen met gekoeld water of ijsblokjes.

Ook lekker, vijgen in pastis:
Spoel een glazen pot met deksel om met kokend water. Vul die met gedroogde (ongesuikerde) vijgen. Giet er pastis bij tot de vijgen onder staan. Een maand laten staan tot de vijgen zacht zijn en doordrenkt met pastis.

vraag 2

Op een regenachtige dag spelen vader en dochter meerdere potjes memory. Hoe vergaat het hen?

A. Gemiddeld spelen ze allebei na elk spelletje iets slechter
B. Gemiddeld speelt het kind na elk spelletje iets beter, de vader niet
C. Gemiddeld spelen ze allebei na elk spelletje iets beter

antwoord

Het juiste antwoord is A. Naarmate vader en dochter meer spelletjes memory spelen, gaat het bij allebei steeds slechter. Ze gaan de opeenvolgende potjes door elkaar halen. Oude herinneringen staan het leren en herinneren van nieuwe informatie in de weg. Als mensen steeds opnieuw vergelijkbare dingen moeten onthouden, verwarren zij de informatie uit het verleden met de huidige informatie.

Als je elke dag dezelfde fiets bij het station parkeert, maar telkens op een andere plek, loop je wel eens naar de plek waar je hem gisteren of een paar dagen geleden hebt neergezet. Dat verschijnsel heet ‘proactieve interferentie’.
 

Hoe een memoryspeler twijfelt tussen verschillende herinneringen, wordt duidelijk als hij wordt uitgerust met een eye-tracker. Dat apparaat volgt de pupillen en maakt op een beeldscherm zichtbaar waar iemand naar kijkt. Met een eye tracker kun je dus onderzoeken naar welke memorykaartjes de speler kijkt, voordat hij er een omdraait. Zo kun je zien of je oog blijft hangen op een plek waar bij een vorig spelletje het gewenste kaartje lag.

vraag 3

Als je in het donker in een felle lichtbron kijkt, zoals de lamp van een lantaarnpaal, zie je een stralenkrans om de lichtbron. Waardoor komt dat?

A. Door verstrooiing van het licht in het glaswerk
B. Door verstrooiing van het licht in de lucht
C. Door verstrooiing van het licht in je oog

antwoord

Het juiste antwoord is C. De stralenkrans die je rondom een felle lichtbron ziet, wordt de ciliaire corona genoemd. De verstrooiing van het licht wordt veroorzaakt door onregelmatigheden in het oog, zoals eiwitmoleculen in de lens. Als het licht op zo’n onregelmatigheid valt, kan het van richting veranderen. Hierdoor zie je ook licht rondom de eigenlijke lichtbron, hoewel het daar niet direct vandaan komt. Hoe meer en hoe groter de onregelmatigheden in het oog, hoe sterker de verstrooiing van het licht. De sterkte van het effect verschilt dus per persoon en neemt doorgaans toe met de leeftijd.
Verschillende kleuren worden op een verschillende manier verstrooid, waardoor soms kleureffecten ontstaan.

De ciliaire corona is het woord voor het patroon met de fijne straaltjes. Het is latijn voor “wimpervormige Kroon”. Sommige mensen noemen dit ook wel een halo. Dat zien we alleen als de lichtbron klein is.
Als de lichtbron groter wordt (evenveel licht vanuit een groter oppervlak), dan blijft de hoeveelheid verstrooid licht natuurlijk hetzelfde, dus blijf je evenveel licht eromheen zien, alleen niet meer in de vorm van fijne straaltjes. Dat komt omdat het interferentie effect verloren gaat als het licht niet coherent is over de diameter van de pupil van het oog.

De enige uitzonderingen zijn dat als het licht sterk monochromatisch is, vormt er geen halo. Ook als de achtergrond erg licht is, kan het zijn dat je de corona niet ziet. De stralen worden dan overrompeld door het achtergrondlicht en zie je geen halo.

vraag 4

De ruimtesonde New Horizons beweegt met een snelheid van 15 kilometer per seconde naar de rand van ons zonnestelsel. Stel dat hij in de richting van de Sombrero-nevel gaat, die zich op 50 miljoen lichtjaar afstand van de aarde bevindt, wanneer komt hij daar dan aan?

A. Over ongeveer 1000 miljard jaar
B. Over ongeveer 50 miljoen jaar
C. Nooit

antwoord

Het juiste antwoord is C. Als New Horizons ongehinderd door zou kunnen vliegen, zou hij de afstand van 50 miljoen lichtjaar naar de sombrero nevel in ongeveer 1000 miljard jaar kunnen afleggen. Maar New Horizons wordt tijdens zijn reis afgeremd door de zwaartekracht van het Melkwegstelsel. Onlangs hebben Duitse wetenschappers van het Leibniz Instituut voor Astrofysica berekend dat de ontsnappingssnelheid voor de Melkweg groter is dan 500 kilometer per seconde. Deze snelheid haalt New Horizons bij lange na niet. Daarnaast beweegt de Sombrero-nevel door de uitdijing van het heelal met een snelheid van 1000 kilometer per seconde steeds verder van ons af.
 

Voor meer informatie over de New Horizons kun je terecht op de site van de NASA.

Vraag 5

Een rooftas is een tas die aan de binnenkant bedekt is met aluminium. Daarin smokkelen winkeldieven spullen die beveiligd zijn met een chip langs de beveiligingspoortjes zonder dat het alarm afgaat. Hoe werkt dat?

A. Het aluminium zorgt ervoor dat de straling van het poortje om de tas buigt
B. Het aluminium wekt een tegengesteld veld op
C. Het aluminium reflecteert de straling van het poortje

antwoord

 

Het juiste antwoord is B. Een afgesloten metalen ruimte, zoals een aluminium verpakking, werkt als een kooi van Faraday. In metaal bevinden zich elektronen die vrij kunnen bewegen. Elektronen zijn gevoelig voor elektromagnetische straling en hebben de neiging om veranderingen van buitenaf tegen te werken. Als het aluminium een afgesloten geheel vormt, zoals bij een rooftas, kunnen de elektronen in het aluminium zo bewegen dat zij een veld opwekken dat precies tegengesteld is aan het externe veld. Daardoor is het veld binnen in de tas gelijk aan nul en kan de chip niet worden waargenomen. Het metaal hoeft overigens niet geheel afgesloten te zijn, maar gaten in het metaal moeten ruimschoots kleiner zijn dan de golflengte van de straling om een veld goed af te kunnen schermen.

Hoe goed een kooi van Faraday werkt wordt bepaald door een aantal factoren.
• De dikte van het materiaal waarvan je de kooi maakt
• De grootte van de gaten in het materiaal ten op zichte van de golflengte van de straling
• De sterkte van de elektromagnetische straling.

Als het goed is doen zowel de telefoon als de radio het in ieder geval niet in aluminium folie. In het aluminium kunnen de vrije elektronen zich zo makkelijk bewegen dat je maar een heel dun laagje nodig hebt om een volledig elektromagnetisch netwerk af te schermen. Voorwaarde is wel dat het aluminium goed rondom de telefoon of radio gevouwen is.

Metaalgaas kan ook werken, op voorwaarde dat de mazen in het gaas ruimschoots kleiner zijn dan de golflengte van het betreffende veld. Radio (AM/ FM) heeft een langere golflengte dan het telefoon netwerk en is dus makkelijker af te schermen. Daar komt bij dat het telefoon netwerk veel sterker is dan het radio netwerk. De radio is dus vele makkelijker af te schermen.

Hieronder een tabel met de golflengtes van verschillende bekende elektromagnetische velden:

Golf Frequentie Golflengte
Ultra Low Frequency 0 - 30 Hz >10.000 km
Extreme Low Frequency 0 - 3 kHz >100 km
VeryLow Frequency 3 - 30 kHz 100-10 km
Low Frequency 30 - 300 kHz 10 - 1 km
Medium Freqency 3000 kHz - 3 MHz 1 km - 100 m
High Frequency 3 - 30 MHz 100 - 10 m
VeryHigh Frequency 30 - 300 MHz 10 - 1 m
Ultra High Frequency 300 MHz - 3 GHz 1 m - 10 cm
Super High Frequency 3 - 30 GHz 10 - 1 cm
Extremely High Frequency 30 - 300 GHz 1 cm - 1 mm
microgolf(magnetron) 300 MHz - 300 GHz 1 m - 1 mm
submilimeter 300 GHz - 3 THz 1 mm - 100 μm
infrarood 3 - 430 THz  100 μm - 700 nm
zichtbaar licht 430 - 750 THz 700 - 400 nm
ultraviolet 750 THz - 30 PHz 400 - 10 nm
röntgenstralen 30 PHz - 3 EHz 10 nm - 100 pm
gammastralen  >3 EHZ  <100 pm

 

Een magnetron is ook een kooi van Faraday. In de wand van de magnetron is een metaalgaas verwerkt dat de buitenwereld zou moeten afschermen voor de schadelijke magnetron straling die binnenin wordt geproduceerd. De golflengte van magnetron straling is korter dan die van het telefoonnetwerk. Op basis daarvan zou je verwachten dat het metaalrooster in de magnetronwand fijn genoeg is om ook telefoonstraling af te schermen. Je mobieltje zou dan geen bereik moeten hebben in een magnetron. Het telefoonnetwerk is echter zo sterk, dat het in de meeste gevallen niet lukt om je mobieltje uit te schakelen op deze manier. De magnetron is dus geen heel betrouwbare kooi van Faraday.
Houd dit in je achterhoofd als je met je neus tegen de magnetronruit gaat staan om te kijken of je eten al klaar is. Niet te lang doen dus.

Mocht je een betere kooi van Faraday zoeken in keukensferen: de cocktailshaker en de koektrommel (aluminium) zijn erg effectief!

Niet thuis proberen:
Zelf een rooftas maken van aluminiumfolie. Een slimmerik heeft ooit 50 kilo diamanten gestolen in een magnetron. Een magnetron werkt namelijk even goed als een rooftas. Helaas voor deze slimme jongen, is hij wel gepakt en uiteindelijk de bak in gegaan.
Bespaar je de moeite. Sowieso is een rooftas of een roofjas (ook dat bestaat) verboden en alleen al het hebben ervan is strafbaar als je in de buurt van een winkel bent. Veel winkels hebben tegenwoordig een detectiesysteem om metalen oppervlakken te herkennen, dus de wetenschap is je al een stap voor.

Wel thuis proberen:
Pak je mobiele telefoon in in aluminium folie.
→ Is hij nog bereikbaar?
En in metaal gaas?
En in de magnetron?? (niet aanzetten trouwens :) )

Probeer hetzelfde met een draagbare radio (op batterijen)
→ En?

Vraag 6

Als een luidspreker met twee keer de geluidssnelheid over je heen vliegt en een toonladder laat horen, hoe hoor je de tonen dan?

A. Je hoort de toonladder op de oorspronkelijke snelheid, maar twee keer zo hard
B. Je hoort de toonladder twee keer zo snel en een octaaf hoger
C. Je hoort de toonladder zowel vooruit als achteruit

antwoord

Het goede antwoord is C. Geluid wordt veroorzaakt door trillingen. Deze trillingen bewegen zich voort als een golf die zich verspreidt in alle richtingen. De beweging is te vergelijken met golfjes die ontstaan door trillingen in stilstaand water.

De snelheid waarmee de geluidsgolf zich verspreidt, is afhankelijk van het medium waar het zich in voort beweegt. In lucht beweegt een geluidsgolf zich voort met een snelheid van 343 meter per seconde (ongeveer 1235 km per uur). Dat wil zeggen dat, als je op 343 meter afstand staat van een geluidsbron, het geluid er 1 seconde over doet om jou te bereiken. Deze snelheid heet daarom ook de geluidssnelheid, of Mach 1. Tot die tijd hoor je dus niks.

We stellen de vraag, wat je zou horen als een geluidsbron op je af beweegt met een snelheid die twee keer zo groot is als de snelheid van het geluid zelf. Om hier duidelijk antwoord op te kunnen geven splitsen we het probleem even in tweeën.

We beginnen bij de volgorde van de tonen. Terwijl de geluidsbron op ons af beweegt, zendt hij opeenvolgende tonen uit de toonladder. De tonen bewegen met 343 meter per seconde op je af. De geluidsbron zelf gaat twee keer zo snel, dus 686 meter per seconde. Het geluid wordt dus eigenlijk ingehaald door de geluidsbron terwijl hij op je af vliegt. Hierdoor hoor je dus sowieso niks tot de geluidsbron zelf je bereikt heeft. De eerste toon die je hoort is de toon die hij vlak boven je hoofd uitzendt. De tweede toon die je hoort is de een-na-laatste toon die is uitgezonden, enzovoort. De tonen komen in omgekeerde volgorde bij je aan.

Terwijl de toonladder van de ene kant in omgekeerde volgorde binnenkomt vliegt de geluidsbron door en komt er ook nu ook van de andere kant geluid. Dit geluid wordt uitgezonden in de tegengestelde richting van de beweging van de geluidsbron. Deze tonen komen wel in de oorspronkelijke volgorde bij je aan, maar de tijd die er tussen iedere opeenvolgende toon zit is precies twee keer zo groot. In 1 seconde vliegt de geluidsbron namelijk al 686 meter verder en die extra afstand moet de geluidsgolf dus overbruggen voordat hij bij je aankomt.

De tonen komen dus van twee kanten bij je aan. Van de ene kant hoor je een toonladder die precies omgekeerd wordt afgespeeld, maar op gewone snelheid. Van de andere kant een toonladder die wel op gewone volgorde wordt afgespeeld, maar twee keer zo langzaam is.

Dat is het belangrijkste deel van het antwoord, maar er speelt nog iets mee, namelijk de toonhoogte van het geluid. Om dit te begrijpen zullen we kort stilstaan bij het veranderen van de toonhoogte van geluid door het Doppler effect.
 

 Het Dopplereffect

De toonhoogte van geluid wordt bepaald door de golflengte van de geluidsgolf. Een hoge toon heeft een korte golflengte. Een lage toon heeft een lange golflengte.

Als een geluidsbron beweegt ten opzichte van de luisteraar wordt de geluidsgolf samengedrukt of uit elkaar getrokken. Hierdoor wordt de toon hoger of lager en hoor je het geluid anders dan dat deze oorspronkelijk was.

Het meest bekende voorbeeld is het geluid dat zich vervormd is een voorbijrijdende sirene. Het geluid van een sirene die op je af komt is hoger en sneller dan het geluid van een stilstaande sirene. Het geluid van een sirene die van je weg rijdt klinkt juist lager.

Hoe komt dit? Het antwoord zit hem in een verandering van de golflengte.

Als de geluidsbron beweegt in de richting van de luisteraar wordt, zoals eerder gezegd, de geluidsgolf als het ware in elkaar gedrukt. Hierdoor wordt de golflengte kleiner en de toon hoger. Als de geluidsbron van de luisteraar weg beweegt wordt de geluidsgolf juist uitgerekt. Het geluid klinkt dan dus juist lager.

Hoe sneller de geluidsbron beweegt, hoe groter de verandering van het geluid. Echter, als de geluidsbron beweegt met een snelheid die precies twee keer zo groot is als de geluidssnelheid, dan wordt de geluidsgolf die vooruit (in de bewegingsrichting van de geluidsbron) wordt uitgezonden, niet meer ingedrukt, maar precies omgedraaid. Dit geldt alleen bij deze precieze snelheid van twee keer de geluidssnelheid! De toonhoogte van de golf die vooruit beweegt verandert dus niet van toonhoogte. Alleen de volgorde van de tonen die je hoort is veranderd.

Bij de geluidsgolf die wordt uitgezonden in de tegengestelde richting van de beweging van de geluidsbron treedt wel een vervorming op. Deze golf wordt zover uitgerekt, dat de golflengte precies twee keer zo groot wordt. Het effect hiervan is dat de toonhoogte precies 1 octaaf lager is. Dit is hoe octaven zijn gedefinieerd. De geluidsgolf die vanuit de “achterkant” van de geluidsbron komt, wordt dus niet omgedraaid, maar wel precies een octaaf lager.

Samengevat, je hoort dus twee toonladders door elkaar terwijl de geluidsbron over je heen vliegt. Eén toonladder in omgekeerde volgorde, maar op normale toonhoogte en één toonladder op normale volgorde, maar twee keer zo traag en een octaaf lager.

vraag 7

Als je een oneindig grote vloer aaneengesloten zou betegelen met deze strikjes- en bootjestegels, wat is dan de verhouding tussen strikjes en bootjes?

A. 1 strikjestegel op 2 bootjestegels
B. Minder dan 1 strikjestegel op 2 bootjestegels
C. Meer dan 1 strikjestegel op 2 bootjestegels

antwoord

Het goede antwoord is C. De uiteindelijke verhouding is namelijk precies gelijk aan de verhouding van de gulden snede, oftewel 1: (½ + ½ √5) , dit is ongeveer 1: 1,6.
Om dit te zien kan je twee tactieken volgen. Belangrijk is dat de twee tegels maar op 1 manier aaneengesloten aan elkaar kunnen worden gelegd. Dat komt door de asymmetrische inkepingen in de figuren. Wanneer ze op deze manier gelegd worden vormen ze een zogenaamd “semi-periodiek” rooster met een constante vergrotingsfactor.

De twee basis figuren vormen een nieuw patroon waarin steeds grotere bootjes en strikjes te herkennen zijn, zie figuur. (Herken je het grotere strikje en de drie grotere bootjes eromheen?)

Je kan nu twee dingen doen. De makkelijke weg is tellen: als het goed is, vind je dat de ongeveer 2 strikjes per 3 bootjes. Dat is niet het exacte antwoord, maar het is al snel duidelijk dat de verhouding groter is dan 1:3.
De exacte manier is kost wat meer tijd. Als je het grotere strikje bekijkt zie je dat die is opgebouwd uit 2 kleine strikjes en 6 halve bootjes. In het grotere bootje kan je herkennen: 3 strikjes en 5 bootjes. In totaal hebben we dan dus 2+3 bootjes en 3+5 strikjes oftewel de verhouding tussen bootjes en strikjes is in 1 vergrotingsstap: 5 bootjes of 8 strikjes.

De grotere strinkjes en bootjes vormen op dezelfde manier weer grotere strikjes en bootjes. Het nog grotere strikje bestaat weer uit 2 medium strikjes en 3 medium bootjes en het nog grotere

De daarop volgende stap zou zijn een nog groter strik(je) dat opgebouwd is uit 8 strikjes en 13 bootjes en een nog groter boot(je) bestaande uit 13 strikjes en 21 bootjes…
Het is even puzzelen, maar de reeks van getallen die zo onstaat is toevallig een hele bekende reeks, namelijk de Fibonnaci reeks!
Beginnend met de verhouding 1:1, van 1 bootje en 1 strikje krijgen we de volgende reeks:
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55, …
in de limiet naar oneindig blijkt dat de vergrotingsfactor in deze reeks, de gulden-snede benadert, oftewel
½ + ½ 5 ≅ 1,6
Vergelijkbare patronen werden veel gebruikt in Perzische mozaieken.

 Het tegelpatroon uit deze vraag werd speciaal voor ons ontworpen door Goossen Karssenberg, op basis van een eeuwenoude ontwerptraditie.

De tegelset van strikjes en bootjesvormen is gebaseerd op een standaard patroon, dat al vanaf de 10e eeuw na Chr. toegepast werd om complexe mozaïeken te ontwerpen. Deze geometrische kennis van eeuwen geleden zijn gecombineerd met de ontdekking van Roger Penrose in 1973 van semiperiodieke patronen met vijfvoudige draaisymmetrie. Door de specifieke 'kartels' aan te brengen op de zijden van de tegels beperk je de koppelmogelijkheden waardoor alleen nog een semiperiodiek patroon kan worden gelegd.

vraag 8

Wat gebeurt er met de zon als je het oppervlak zou proberen te blussen met water?

A. De zon wordt heter
B. De zon dooft uit
C. De zon gaat minder fel branden

antwoord

De zon omvat ongeveer 99% van de massa van het zonnestelsel. Al het water uit het zonnestelsel zal de zon dus zeker niet dramatisch verstoren. We gaan er even van uit dat we genoeg water hebben verzameld om in ieder geval het oppervlak te bedekken.

De energieproductie van de zon vindt plaats in het binnenste van de zon, de kern. De energieproductie wordt gedreven door waterstof fusie die alleen plaats kan vinden onder hoge druk en bij hoge temperaturen. Deze condities bestaan onder het gewicht van de massa van de zon zelf. Hoe groter en zwaarder een ster, hoe hoger de druk in de kern en hoe sneller de kernfusie plaatsvindt. De zon is een middelgrote ster, die uitdooft als de waterstof in de kern op is. Zwaardere sterren kunnen ook nog zwaardere elementen fuseren, maar voor zon is dat niet weggelegd.

 

Als we water op de zon zouden spuiten, zullen de watermoleculen vrijwel direct verdampen en opsplitsen in waterstof en zuurstof. Tijdens dit proces koelt de zon oppervlakkig een klein beetje af, maar de extra massa die aan de zon is toegevoegd leidt er toe dat de druk in de kern van de zon hoger wordt en daardoor gaat de waterstof fusie sneller. De zon wordt dus heter en gaat feller branden. Bovendien brandt hij iets sneller op.

Het is belangrijk om te beseffen, dat de waterstof deeltjes die voortkomen uit de opsplitsing van de watermoleculen in de bovenlagen van de zon zullen blijven hangen. Ze zullen nooit de kern bereiken en dus ook niet bijdragen aan de waterstof fusie als 'brandstof'.

vraag 9

Welke uitvinding was volgens de Franse schilder Pierre-Auguste Renoir essentieel voor de ontwikkeling van het impressionisme?

A. Synthetische kleurstoffen
B. Verf in tubes
C. Kant-en-klare schildersdoeken

antwoord

Het juiste antwoord is B. Tot in de 19e eeuw maakten schilders zelf hun verf. Zij bewaarden deze verf in potjes of dichtgebonden stukjes varkensblaas. Het probleem met de potjes was dat de verf altijd in contact kwam met de lucht en hard werd. Je moest de verf dus in kleine porties bereiden en meteen gebruiken. Dat probleem werd ondervangen door stukjes varkensblaas te gebruiken. Door de lucht uit de blaas te knijpen, was de verf langer houdbaar. De stukjes varkensblaas waren echter erg onhandig in het gebruik en gingen snel stuk. Daarom maakten schilders tot in de 19e eeuw geen grote schilderijen in de open lucht. De schilderijen van de grote landschapsschilders van de Gouden Eeuw, zoals Jacob van Ruysdael, zijn allemaal in het atelier gemaakt. Wel maakten de schilders buiten schetsen en kleine voorstudies.

In 1841 vroeg de Amerikaanse portretschilder John Goffe Rand patent aan op de tube. Aanvankelijk was dat een loden cilinder gevuld met verf die aan beide kanten dichtgemaakt was. Om de verf eruit te knijpen, moest je er een gat in maken. Later voegde hij een schroefdop toe. Die uitvinding maakte het mogelijk om buiten te schilderen, en dat was precies wat de impressionisten wilden: directe weergave van natuurlijk licht en kleuren. Ze gingen met hun schildersezel en kist naar buiten en werkten het liefst op straat en in de natuur.

 

Over die uitvinding zei Renoir tegen zijn zoon, de filmer Jean Renoir: Ce furent les couleurs en tube, facilement transportables, qui leur avait permis de peindre complètement sur nature. Sans les couleurs en tube, pas de Cézanne, pas de Monet, pas de Sisley, pas de Pissaro, pas de ce que les journalistes devaient appeler l'impressionnisme (Verf in tubes, die makkelijk te vervoeren was, stond hun toe geheel naar de natuur te schilderen. Zonder verf in tubes geen Cézanne, geen Monet, geen Sisley, geen Pissaro, niets dat de journalisten later ‘impressionisme’ gingen noemen; Jean Renoir, ‘Pierre-Auguste Renoir: mon pére’).

vraag 10

Op zee drijft allerlei materiaal, waaronder organische resten en stukken plastic. Soms scheidt een golf de drijvende objecten en zie je clusters van organische resten en clusters van plastic. Hoe komt dit?

A. Doordat plastic een lager soortelijk gewicht heeft dan organische resten
B. Doordat plastic water afstoot en organische resten water aantrekken
C. Doordat plastic niet elektrisch geleidend is en organische resten wel samenclusteren

antwoord

Het juiste antwoord is B. Organische resten, zoals stukjes zeewier, trekken water aan (hydrofiel). Plastic stoot daarentegen water af (hydrofoob). Uit onderzoek, onder andere gedaan aan de Universiteit Twente, blijkt dat wateraantrekkende drijvende deeltjes naar het laagste deel van de golf bewegen, terwijl waterafstotende deeltjes juist naar het hoogste deel van de golf bewegen.

Op een vergelijkbare manier worden op zee hydrofiele organische resten, zoals zeewier, en hydrofoob plastic uit elkaar gedreven. Daarbij komt dat deeltjes met dezelfde mate van hydrofobiciteit elkaar sterk aantrekken. Dus als zeewier en plastic eenmaal gescheiden zijn, zullen ze niet snel meer mengen.

vraag 11

Een stel heeft twee kinderen. Moeder vindt spruitjes niet bitter, vader wel. Het proeven van bitter is een dominante eigenschap van één gen. De werkzame en de niet-werkzame versie van dit gen komen even vaak voor. Wat is de genetische kans dat beide kinderen de spruitjes niet bitter vinden smaken?

A. 1/4
B. 1/6
C. 1/9

antwoord

Het goede antwoord is B. Glucosinolaten zijn bittere stoffen die voorkomen in koolsoorten, zoals broccoli, bloemkool en spruitjes. Ze zorgen voor de specifieke smaak en beschermen deze gewassen tegen insecten en larven.

Het TAS2R38-gen is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het kunnen proeven van glucosinolaten, en dus voor het bitter vinden van bijvoorbeeld spruitjes. Iedereen heeft twee kopieën van dit gen. Dit kunnen werkzame (A) of niet-werkzame varianten (a) zijn. Met minimaal één werkzame kopie van dit gen kun je deze bittere smaak proeven. Wie twee A-kopieën heeft (AA-genotype) heeft, is heel gevoelig voor de smaak bitter en wordt 'super-taster' genoemd. Mensen met een Aa-genotype kunnen bitter wel proeven, maar minder goed ('intermediate taster'). Mensen met het aa-genotype proeven geen bitter ('non-taster'). De moeder vindt spruitjes niet bitter en heeft dus twee niet-werkzame kopieën (aa). De vader kan wel bitter waarnemen en heeft dus één (Aa) of twee werkzame kopieën (AA).

A komt in Europa even vaak voor als a. Dat betekent dus dat de verhouding van de mogelijke genotypes in de populatie zal zijn aa:Aa:AA = 1:2:1 (je kunt immers zowel Aa als aA zijn, wat dezelfde smaakuitwerking zal hebben). De combinatie Aa komt dus 2 keer zo vaak voor als de combinatie AA, dus is er 2/3 kans dat de vader het Aa-/aA-genotype heeft en 1/3 kans op AA.

Als de vader het AA-genotype heeft, zullen alle nakomelingen Aa zijn en dus zeker bitter kunnen proeven. Dus alleen bij een Aa-genotype van vader (2/3 kans hierop) zal de helft van zijn kinderen het aa-genotype hebben en dus GEEN bitter proeven. Bij één kind is die kans 2/3 x ½ = 1/3. Elk kind halveert de kans dat geen van de kinderen bitter kan proeven, dus de kans dat 2 nakomelingen geen bitter proeven, is 2/3 x 1/2 x 1/2 = 1/6. Bij drie kinderen is dat 2/3 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/12, enzovoort. Het juiste antwoord is dus B.

Aangezien het genotype van de vader vast ligt, hoeft de kans op een Aa-genotype voor de vader maar één keer te worden meegenomen in de berekening. Verder kunnen we aannemen dat deze genetische eigenschap niet op het X- of Y-chromosoom ligt, want dan was meer informatie nodig (o.a. het geslacht van de kinderen) om de vraag op te lossen.

De daadwerkelijke smaaksensatie voor spruitjes is overigens een stuk complexer dan in deze vraagstelling. De bitterheid van spruitjes wordt bepaald door tientallen bittere stoffen, die ieder weer herkend worden door meerdere smaakreceptoren. Daarnaast zijn ook zaken als het aantal smaakpapillen op je tong, roken, koffie drinken en hoe vaak je spruitjes eet van invloed op je perceptie. Er bestaat echter wel een heel sterk verband tussen het proeven van de bittere glucosinolaten en het genotype van het TAS2R38 gen.

Hoe gevoelig je bent voor de smaak van glucosinolaten wordt gemeten met de stof phenylthiocarbamide (PTC), die daar chemisch nauw aan verwant is. De gevoeligheid voor PTC wordt voor 85% bepaald door het TAS2R38 gen. Interessant is dat vrouwen iets gevoeliger blijken zijn voor PTC. Verder kan roken de gevoeligheid van smaakreceptoren negatief beïnvloeden. Ook kan een hoge leeftijd of een lage dichtheid van de smaakpapillen op je tong de gevoeligheid verlagen.

In de natuur zijn bittere stoffen vaak giftig, dus het is gunstig om die te kunnen proeven om ons te waarschuwen voor giftige stoffen. Hoe kan de afwezigheid van een dergelijke eigenschap dan toch overleven in een populatie? Dit heeft waarschijnlijk te maken met het feit dat glucosinolaten ons lichaam beschermen door kankerverwekkende stoffen onschadelijk te maken. Het niet kunnen proeven van bitter is dus zowel een evolutionair nadeel als voordeel. Het is overigens niet zo dat mensen die glucosinolaten niet kunnen proeven ook minder kans hebben op het krijgen van kanker.

Non-tasters komen overal ter wereld voor. In Europa is 24% van de mensen non-taster, 50% intermediate taster en 26% super-taster. Dit is ruwweg de verhouding waarmee wordt gerekend in de vraag. In andere populaties is het percentage non-tasters echter aanzienlijk hoger, tot wel 65%, zoals in India en onder de Aboriginals in Australië. In Afrika, Zuid-Amerika en Japan is daarentegen maar een paar procent van de bevolking non-taster.

vraag 12

Wat was het aandeel van Nederland in de westerse slavenhandel tussen Afrika en de Nieuwe Wereld?

A. Ongeveer 5%
B. Ongeveer 25%
C. Ongeveer 45%

antwoord

Het goede antwoord is A. Er zijn drie grote migratiestromen van Afrikaanse slaven geweest: die binnen Afrika, die van Afrika naar de Arabische wereld en die van Afrika naar Noord- en Zuid-Amerika. De laatste route was in handen van West-Europese (en later ook van Amerikaanse) slavenhandelaren. Geen intercontinentale migratiestroom is zo goed te meten als de slavenhandel, althans voor zover die door Europeanen en Amerikanen was georganiseerd. Slaven waren koopwaar en daarom werden de aan- en verkoopjournalen van de slavenhandelaren (kapiteins van schepen, ondernemingen en handelshuizen) zorgvuldig bijgehouden. Veel van die archieven zijn bewaard. Het aantal slaven dat tussen 1501 en 1866 door Europese en Amerikaanse handelaren vanuit Afrika naar de Nieuwe Wereld en, voor een klein deel, naar Europa is vervoerd, wordt geschat op ongeveer 12,5 miljoen. Van hen bereikten 1,8 miljoen mensen niet-levend de haven van bestemming; 15% overleefde de overtocht dus niet.

In de Republiek, zoals Nederland toen heette, had de West Indische Compagnie het monopolie op de slavenhandel. Naar de laatste schattingen zijn onder haar vlag ongeveer 550.000 slaven van Afrika naar het Caribisch gebied vervoerd. Daarnaast hebben zogenoemde 'lorredraaiers' achter de rug van de WIC om ongeveer 40.000 slaven verhandeld. Zo kom je op een totaal van ongeveer 600.000 door Nederlandse schepen vervoerde slaven, ongeveer 5% van het totaal.

 

Details over de Europese slavenhandel zijn te vinden op de Trans Atlantic Slave Trade Database. Uit deze bron blijkt dat Nederland het vier na grootste slavenhandelland was:

Land slaven
Portugal 5,8 miljoen
Groot Brittannië 3,2 miljoen
Frankrijk 1,3 miljoen
Spanje 1,1 miljoen
Nederland 0,6 miljoen

Een beetje context is wel op zijn plaats. Laten wij vooral niet vergeten dat het hier niet over bananen of peperkorrels gaat, maar mensen zoals jij en ik.

vraag 13

Piet en Kees eten allebei een liter vegetarische groentensoep. Piet eet soep uit blik, Kees maakt zelf soep zonder zout. Wie is het extra gewicht van de soep het eerste kwijt?

A. Piet
B. Kees
C. Maakt niet uit

antwoord

Het juiste antwoord is B. Het verschil zit in de hoeveelheid keukenzout (NaCl). Als je een liter zoutarme soep eet, daalt het NaCl-gehalte buiten de lichaamscellen. Dit vermindert de aanmaak van ADH, het Anti Diuretisch Hormoon. Deze stof remt de urineproductie. Als de ADH-productie daalt, moet je dus meer plassen. Wie veel water of zoutloze soep drinkt moet daarom veel plassen. De nieren gaan dus meer urine produceren en het overtollige vocht wordt binnen een paar uur uitgeplast. Kees is het extra gewicht van de soep snel weer kwijt.

In soep uit blik daarentegen zit veel keukenzout. Als je dat eet, daalt het NaCl-gehalte buiten de lichaamscellen niet of nauwelijks, of het stijgt zelfs. De ADH-productie blijft vrijwel gelijk of stijgt. Piets lichaam is na het eten van zijn liter soep uit blik overvol met het zoutrijke water, maar het krijgt dan niet de prikkel om die overvulling tegen te gaan. Door dat overtollige vocht heeft Piet ook een verhoogde bloeddruk. Die leidt ertoe dat de nieren meer keukenzout in de urine stoppen. Daardoor daalt het keukenzoutgehalte buiten de cellen geleidelijk tot onder de streefwaarde van 9 gram per liter. Dat leidt dan weer tot een daling van de productie van ADH. Hierdoor stijgt de urineproductie en verdwijnt na het zout uiteindelijk ook het water weer uit het lichaam. Dit is een langzaam proces dat een aantal dagen in beslag neemt. Het gevolg is dat hij het extra gewicht van de soep pas na een paar dagen uitplast. Als hij elke dag een liter soep uit blik zou eten, zou hij het overtollige vocht helemaal niet kwijt raken en steeds zwaarder worden.

Bij de verwerking van vocht en zout in het lichaam draait alles om het evenwicht tussen natriumzout(NaCl) buiten en kaliumzout binnen de cellen. Het water buiten onze cellen, zoals ons bloed, bevat 9 gram natriumzout per liter; in het vocht in de cellen zit kaliumzout (KCl). Normaal zijn die zoutconcentraties gelijk. Per dag plas en zweet je ongeveer 3 gram NaCl uit. Je moet dus die hoeveelheid keukenzout per dag eten om dat evenwicht in stand te houden.

Door keukenzout te eten of water te drinken, verandert het zoutgehalte buiten de cellen. Als dat gebeurt ontstaat er een waterstroom van de zoutarme naar de relatief zoutere omgeving. Dat proces heet osmose. Dit experiment laat zien wat osmose is. Als je veel zout eet, stijgt de NaCl-concentratie buiten de cel. Vervolgens stroomt er water van de cellen naar buiten, om de zoutbalans te herstellen. De cellen drogen uit en krimpen. Als je veel water drinkt, daalt het NaCl-gehalte buiten de cellen juist. Er stroomt vervolgens water de cellen in en zwellen ze op. Osmose gaat net zolang door tot de zoutconcentraties in de cel en daarbuiten weer gelijk zijn.

 

Wie veel keukenzout eet, plast dus minder. Het overtollige vocht in het lichaam komt voor een deel in de bloedvaten. Dat verhoogt de bloeddruk, net zoals meer lucht in een ballon de druk daarin laat oplopen. Veel keukenzout in je eten verhoogt dus de bloeddruk. Wie altijd te veel zout eet of minder dan 1,5 liter water per dag drinkt, heeft voortdurend te veel vocht in zijn lichaam en dus een permanent een hoge bloeddruk. Als de bloeddruk te hoog is, geeft dat een verhoogde kans op hart- en vaatziekten en herseninfarcten.

Alcohol en cafeïne remmen de aanmaak van ADH nog meer dan water. Je moet dus meer plassen van koffie en bier dan van dezelfde hoeveelheid water. Daardoor stijgt het NaCl-gehalte buiten je lichaamscellen. Om de zoutbalans te herstellen, wordt water onttrokken aan je lichaamscellen. Je droogt uit.

XTC heeft het omgekeerde effect. Het stimuleert de aanmaak van ADH en je plast dus minder. Tegelijkertijd stijgt je lichaamstemperatuur, dus je hebt de neiging veel water te drinken. Heel veel water drinken zonder dat je dat snel weer uitplast, kan een watervergiftiging tot gevolg hebben. Omdat het NaCl-gehalte in je bloed lager is dan het KCl-gehalte in je lichaamscellen, gaat water de cellen in om de zoutbalans te herstellen. Het stroomt ook hersencellen in, die opzwellen. Dat kan leiden tot verhoogde druk in de schedel, infarcten en dood. In plaats van water zou je beter een zoute drank kunnen drinken, zoals soep.

vraag 14

Waarom is iemand zien gapen voor kinderen met autisme minder aanstekelijk dan voor kinderen zonder autisme?

A. Omdat ze niet helemaal begrijpen waarom de ander gaapt.
B. Omdat ze niet goed genoeg kijken naar het hele gezicht van de ander.
C. Omdat ze gevoeliger zijn voor auditieve prikkels dan voor visuele prikkels.

antwoord

Het juiste antwoord is B. Verschillende onderzoekers ontdekten dat kinderen met autisme bij andere mensen vooral naar de mond kijken, en minder naar de ogen. Ander onderzoek naar gapen had al aangetoond dat mensen vooral gaan meegapen met een ander als ze naar de ogen van die persoon kijken. Kinderen met autisme kijken vaker naar de mond dan de ogen. Maar autistische kinderen die gedwongen werden om naar iemands ogen te kijken, bijvoorbeeld omdat ze moesten controleren of iemand een bril droeg, gaapten even vaak mee als niet-autistische kinderen

De witte kruisjes zijn waar niet-autistische kinderen kijken en zwarte waar autistische kinderen kijken.

Antwoord A is niet juist omdat ook mensen zonder autisme niet mee gaan gapen omdat ze helemaal begrijpen waarom die ander gaapt. Algemeen wordt aangenomen dat sociaal gapen wordt veroorzaakt door een gevoel van empathie: je spiegelt het gedrag van de ander om te laten weten dat je bij de groep hoort. Het kan dus wel zo zijn dat kinderen met autisme minder meegapen omdat er sprake is van een minder snelle of verminderde empathische reactie.

Antwoord C klopt ook niet: kinderen met autisme zijn vaak wel gevoeliger voor allerhande prikkels maar niet zozeer meer voor auditieve dan voor visuele prikkels.
 

vraag 15

In een grote bak water van 4°C leg je een blok ijs. Wat gebeurt er met het waterniveau terwijl het ijs smelt?

A. Het stijgt
B. Het blijft gelijk
C. Het daalt

antwoord

Het juiste antwoord is A. De wet van Archimedes stelt dat het ijs een opwaartse kracht ervaart die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste hoeveelheid water. De dichtheid van water wordt groter naarmate het afkoelt van 100°C naar 4°C (het water krimpt). Water van 4°C heeft de grootste dichtheid die water kan hebben; zelfs groter dan ijs. Dit heet de anomalie van water. Als de temperatuur van het water onder de 4°C daalt, wordt de dichtheid juist weer kleiner (het water zet uit). Deze onregelmatigheid heet de anomalie van water. Het ijsblok duwt een kleiner volume aan water van 4°C weg dan het koudere smeltwater inneemt. Als het blok smelt, zal het waterniveau dus stijgen.

Overigens is het dichtheidsverschil tussen water van 0°C en van 4°C erg klein. 1 kilogram water van 0°C neemt 0,00013 liter minder volume in dan water van 4°C: dat is een verschil van 0,13 liter op 1 kubieke meter ijs.
 

De Oceaanbodem

Met al dit gepraat over water van 4°C zou je denken dat het op de bodem van de zee een temperatuur van 4°C zou zijn. Dat is maar deels waar. Het water van de bodem komt vanuit de Noord- en Zuidpool. Bij het bevriezen van het Poolijs komt zout vrij. Het zout wordt er als het ware uitgeperst. Dit zorgt voor heel koud zout water dat helemaal naar de bodem zakt. Het kan wel eeuwen duren voordat al dat zoute water is opgelost.

Maar het zware zoute water blijft niet eeuwig op de bodem van de oceaan liggen. Dat heeft te maken met 'opwellen', wat afhankelijk is van drie effecten:

  1. Windkracht
  2. Het Coriolis-effect: Versnelling kost meer energie bij de evenaar dan bij de noordpool.
  3. Ekman Transport: het water zal zich verplaatsen tussen de 20 en de 45 graden ten opzichte van de windrichting.

Het water wordt weggeblazen door de wind. Hierdoor moet het water vervangen worden en dat water komt van onderen. Alle lagen water schuiven een laagje omhoog. Hierdoor komt het mineraalrijkere water naar boven waardoor cytoplankton kan groeien, waar vissen en andere zeedieren weer van eten. Dit komt het vaakst voor bij kustwateren en in het bijzonder bij Antartica, waar de wind vrij spel heeft.

Op open zee komt het ook voor dat water van de bodem omhoog komt. Door de passaatwinden vormt zich een stroming naar het westen. Alleen ook water kiest graag de weg van de minste weerstand. Daarom wil de stroming het liefst richting de polen. Het 'gat' dat ontstaat vult zich op van onderuit. 

Op de bodem is het dus niet 4°C, maar het ligt er wel in de buurt. Doordat het water op de bodem steeds wordt bijgevuld vanuit de koudere ijszeeën en een gebrek hiervan in de zomer, ligt de bodemtemperatuur van de oceaan tussen de 3 en 5 °C.