Je kan zelfs een ‘perfecte’ ring van zout maken in je pan.
Als je zout toevoegt aan kokend water, ontstaat er vaak een mysterieuze witte ring aan de binnenkant van de pan. Maar hoe dat exact gebeurt, bleef tot nu toe een mysterie, tot hoofdonderzoeker Mathieu Souzy zich er voor de lol met zijn collega’s over boog. De eerste onderzoeksplannen werden zelfs geschetst op het whiteboard van zijn jongste zoon. “Wat begon als een simpele observatie tijdens het eten, groeide uit tot een fascinerend wetenschappelijk project”, vertelt Souzy. “We hadden geluk dat we alle faciliteiten tot onze beschikking hadden om enkele tests uit te voeren. Wat we vonden, bleek veel complexer en spannender dan we hadden verwacht.” Het onderzoek werd gepubliceerd in het vakblad Physics of Fluids.
De fysica achter zoutringen
Souzy en zijn team ontdekten dat er een complexe dans van natuurkundige krachten schuilgaat achter deze ogenschijnlijk eenvoudige zoutringen. Wanneer zoutkorrels in water vallen, creëren ze een kleine verstoring in de waterstroom, vergelijkbaar met het spoor dat een vliegtuig achterlaat in de lucht. “De ringen worden veroorzaakt door een combinatie van drie fysieke mechanismen: de hydrodynamische verstoring door de sedimentatie van deeltjes, interactie tussen meerdere deeltjes, en het zogenaamde ‘wake entrainment’,” legt Souzy uit.
Voor de leek:
- Hydrodynamische verstoring door sedimentatie: Dit houdt in dat als een zoutkorrel in het water valt, hij het water eromheen verstoort, net zoals een steen kringen veroorzaakt als hij in een vijver wordt gegooid.
- Interacties tussen meerdere deeltjes: Als er meerdere zoutkorrels tegelijk vallen, beïnvloeden hun bewegingen elkaar, waardoor ze zich in specifieke patronen gaan ordenen.
- Wake entrainment: Dit kun je zien als een stroming die ontstaat achter een vallend deeltje, vergelijkbaar met de wervelingen achter een boot die door het water glijdt.
De hoogte waarvanaf het zout wordt toegevoegd, blijkt cruciaal. Bij een kleine afstand ontstaat er een duidelijke ring met een leeg centrum, doordat het water de deeltjes naar buiten duwt. Wordt het zout van grotere hoogte toegevoegd, dan hebben de deeltjes meer tijd om uit elkaar te drijven. “Als de deeltjes te ver van elkaar komen, stopt de interactie tussen hen, en vormen ze uiteindelijk een gelijkmatige cirkelvormige afzetting,” aldus Souzy.
De rol van zoutkorrelgrootte
Een verrassende ontdekking was dat grotere zoutkorrels zich verder naar buiten verspreiden dan kleinere. “Grotere deeltjes veroorzaken sterkere verstoringen in de waterstroom, waardoor ze verder naar buiten worden geduwd”, zegt Souzy. Hij voegt toe dat het creëren van een mooie ring afhankelijk is van het gelijktijdig loslaten van alle korrels, zodat een ‘sedimenterende wolk’ ontstaat. “Voor keukenzout speelt dit echter een minder grote rol”, merkt hij op.
Brede toepassingen en educatief potentieel
Hoewel het onderzoek begon met een dagelijks keukenfenomeen, heeft het bredere toepassingen. Het gedrag van sedimenterende deeltjes kan bijvoorbeeld inzichten bieden in het gedrag van vulkanische as, industrieel afvalwater, of rivierafzettingen. “De waarnemingen van de afzettingen kunnen informatie geven over de sedimentgeschiedenis van de deeltjes, inclusief hoe ze zijn geïnjecteerd of hoe hoog de sedimentatie begon”, aldus Souzy.
Daarnaast benadrukken de onderzoekers het educatieve potentieel van hun bevindingen. “Het is een eenvoudig, aantrekkelijk en goedkoop experiment dat op scholen en universiteiten gebruikt kan worden om natuurkundige concepten te introduceren”, zegt Souzy enthousiast. “We hopen dat dit fysicadocenten inspireert om nieuwsgierigheid naar dagelijkse fenomenen te stimuleren.”
Wetenschap met een vleugje humor
Tot slot biedt het onderzoek een unieke kijk op de nieuwsgierigheid achter wetenschap. “Dit project was geen volwaardige onderzoeksagenda, maar eerder een zijproject dat begon tijdens een etentje,” zegt Souzy. “Het laat zien hoe dagelijkse waarnemingen kunnen leiden tot onverwachte ontdekkingen. We hopen dat mensen hierdoor geïnspireerd raken om zelf de fysieke mechanismen in hun omgeving te onderzoeken.” Toch waarschuwt hij al grappend: “We nemen geen verantwoordelijkheid voor de verhitte discussies aan tafel over waarom zout precies aan kokend water wordt toegevoegd; of het nu is voor smaak of om het kookproces te versnellen.”