Stel je voor dat je kleine bootjes bouwt van een soort LEGO-blokjes, ze vult met een beetje alcohol en ze over het water ziet razen! De bootjes kunnen zelfstandig bewegen dankzij onzichtbare "waterkrachten" die we Marangoni-stroming noemen. Je kunt er zelfs kleurrijke kleurstoffen aan toevoegen om te zien hoe het water eromheen wervelt en danst. Je kunt je eigen vormen ontwerpen, ze in een badkuip testen en leren hoe de magie van de wetenschap het allemaal laat werken. Het is alsof je je eigen door wetenschap aangedreven speelgoed maakt - leuk voor zowel kinderen als volwassenen!
Marangoni bootjes zijn kleine bootjes die op het water drijven. Bovenin het bootje kan je “brandstof” stoppen waardoor het bootje gaat bewegen. Door het ontwerp van het bootje aan te passen kan het bootje op verschillende manieren bewegen. Wil jij weten hoe dit kan? Volg dan de instructies hieronder en lees verder!
Waarom bewegen de bootjes? Het Marangoni effect
Vloeistoffen houden ervan om dichtbij elkaar te blijven. Dit is waarom een druppeltje een druppeltje vormt. Dit kom omdat de waterdeeltjes in het water aan elkaar trekken. Dit noemen we “oppervlakte spanning”.
Net zoals dat verschillende vloeistoffen verschillende soorten kleuren kunnen hebben, zoals dat water doorzichtig is en melk wit is, kunnen vloeistoffen ook verschillende oppervlakte spanningen hebben. Zo heeft water een best wel hoge spanning, en ethanol een best kleine. Water wil dus heel graag bij elkaar blijven, en ethanol ook maar ietsje minder graag dan water.
Wanneer je vloeistoffen met verschillende oppervlaktespanningen bij elkaar brengt dan gebeurt er iets geks, er zal een stroom ontstaan in de vloeistoffen! Dit komt juist door dit verschil in spanningen tussen de vloeistoffen. Het is een beetje alsof je aan het touwtrekken bent. Als het ene team sterker is dan de andere dan trekt dat team de andere groep ook helemaal mee.
Een stroom veroorzaakt door zo’n verschil in oppervlaktespanning noemen we het “Marangoni effect”. Hier is ook nog een leuke video waarin je dit effect snel ziet. Hier wordt water en zeep gebruikt. Water heeft een hoge oppervlaktespanning en de zeep een lagere.
In de Marangoni bootjes kan je bovenin ethanol stoppen. Als je goed kijkt zal je zien dat aan de zijkant van het bootje een gaatje zit. Hier komt de ethanol het bootje uit. Hierdoor ontstaat er een Marangoni stroom die het bootje wegduwt. Door het ontwerp van het bootje aan te passen kun je hem op verschillende manieren laten bewegen! Zo kan hij rechtdoor gaan of ronddraaien.
Zelf bootjes 3D printen
Weet jij zelf hoe je moet 3D printen? Of ken je iemand met een 3D printer? Dan kan jij zelf de bootjes ook printen! Op de volgende pagina kan je alle informatie vinden die je nodig hebt om de bootjes te printen. Dit is in het engels dus vraag vooral hulp aan iemand die meer weet over 3D printen als je er zelf niet uitkomt. GITHUB LINK
De bootjes volgen (Voor oudere leerlingen en docenten)
Om goed onderzoek te doen is het belangrijk voor onderzoekers om te zien hoe de bootjes zich gedragen over een lange tijd, en hier informatie over op te kunnen slaan. Dit kan je doen door met een camera de bootjes te tracken. De camera ziet waar de bootjes zijn en met de computer kan je dan opslaan hoe de bootjes bewegen. Daarna kan je analyseren wat er gebeurt met de bootjes. Bijvoorbeeld welke snelheid ze hebben.
Wat heb je nodig?
Een camera die je recht boven de bak met bootjes kan plaatsen. Zorg ervoor dat je de bootjes goed belicht.
Een opzetstukje op de bootjes met twee gekleurde stipjes. Een blauwe en een groene. De computer kan dan zoeken naar deze stipjes en ziet die dan als de locatie van de bootjes.
Een computer met python.
De simpele code die wij hebben gemaakt die je kan gebruiken om de videos te analyseren GITHUB LINK