Karel Knip beschrijft in de NRC van 18 december 2021 – het was vlak voor kerstmis – enkele proefjes met een paar overgebleven oude kaarsen. Eerst onderzocht hij de samenstelling. Ze waren gemaakt van verschillende stoffen: paraffine, stearine, waxine. Dat was scheikundig onderzoek.
Daarna bepaalde hij de dichtheid. Hij liet stukjes kaars drijven in sterke drank en spiritus. En nam waar wat er gebeurde. Echte natuurkunde.
Het zijn proefjes die je ook thuis kunt doen, mits je ouders toestemming geven! Je hebt vast nog wel stompjes van kaarsen liggen. Kies er drie uit die van verschillende stoffen lijken te zijn gemaakt. Gebruik water, spiritus en een restje sterke drank, bijvoorbeeld berenburger. Veel heb je er niet van nodig. Gebruik een klein glas.
Eerst bepaal je de dichtheid van de vloeistoffen. Dat kun je doen met een keukenweegschaal en een kleine maatbeker.
a) Hoe ga je het aanpakken?
Zet het lege glas op de weegschaal en druk de tarra-knop in, zodat de weegschaal 0 g aangeeft. Giet de vloeistof erin. Lees de massa af. Bepaal hoeveel mL (= cm3) vloeistof je hebt. Dan weet je massa en volume.
b) Voer voor iedere vloeistof de metingen en berekeningen uit.
Bijvoorbeeld voor spiritus V = 54 cm3 en m = 44 g. De dichtheid is dan 0,81 g/cm3.
En voor berenburger V = 40 cm3 en m = 37 g. De dichtheid is dus 0,93 g/cm3.
De dichtheid van water hoeven we niet te bepalen, die is zoals bekend 1,0 g/cm3.
c) Bedenk voor elk meetonderdeel hoe nauwkeurig de afgelezen waarde is.
De afleesnauwkeurigheid van de afgebeelde elektronische keukenweegschaal is 1 gram. Die van de afgebeelde maatcilinder 2 cm3.
d) Bepaal daarmee boven- en ondergrens van de uitkomst.
Stel je hebt gevonden dat de massa van de spiritus 44 g is (zie antwoord b). Dan kan de echte waarde tussen 43 en 45 g liggen. En stel dat je vond dat het volume 54 cm3, dan kan de echte waarde tussen 52 en 56 cm3 liggen.
De hoogste uitkomst voor de dichtheid is dan 45 / 52 = 0,87 g/cm3 en de laagste 43 / 56 = 0,77 g/cm3.
Je zou de uitkomst kunnen opschrijven als 0,82 ± 0,05 g/cm3.
Dit laat zien dat je methode niet erg nauwkeurig was. Het is moeilijk voor zo’n kleine hoeveelheid de massa en het volume nauwkeurig af te lezen.
e) Zoek de dichtheid van spiritus op.
Spiritus 0,85 g/cm3.
f) Is jouw uitkomst gezien de nauwkeurigheidsgrenzen hiermee in overeenstemming?
Ja. De gevonden waarde past binnen de nauwkeurigheidsgrenzen van d.
Onderzoek nu net als Knip of de stukjes kaars drijven in deze vloeistoffen.
g) Hoe ga je het aanpakken?
Snijd van elke kaars een stukje af dat past in het glas. Doe de stukjes achtereenvolgens in een glas met water, berenburg en spiritus.
h) Ga voor elke soort na of die drijft of zinkt in deze vloeistoffen.
In water en in berenburger blijven ze allemaal drijven.
Water:
Berenburger:
In spiritus zinken ze allemaal.
Spiritus:
i) Wat betekent dat voor de dichtheden van de stukjes?
De dichtheid van alle kaarsen is dus kleiner dan die van water (1,0 g/cm3) en ook nog kleiner dan die van berenburger (0,93 g/cm3). Maar groter dan de dichtheid van spiritus (0,85 g/cm3). Dus de bij deze proef gebruikte kaarssoorten hebben allemaal een dichtheid die ligt tussen 0,85 en 0,93 g/cm3.
Vervolgens onderzocht Knip wat er gebeurde als hij geleidelijk water aan de spiritus toevoegde. Hij deed dat met alle stukjes tegelijk in het glas.
j) Doe zelf dat onderzoek ook.
Je vindt bijvoorbeeld achtereenvolgens (met steeds meer water):
k) Klopt de uitkomst met wat je verwachtte?
Aanvankelijk liggen alle stukje op de bodem (eerste foto). Ze zinken in spiritus, zoals je zag je in h. Dat verandert na het toevoegen van steeds meer water. Op gegeven moment gaan een of meer stukjes zweven, terwijl een of meer andere nog op de bodem liggen (tweede foto). Met nog meer water erbij gaan of meer stukjes drijven, terwijl andere nog zweven (derde foto). En tenslotte is zo veel water toegevoegd dat de dichtheid van het mengsel groter is dan die van alle stukjes kaars. Ze drijven allemaal (vierde foto).
l) Wat weet je van de dichtheid als een stukje kaars in het mengsel zweeft?
Dan is de dichtheid van de vloeistof precies gelijk aan die van de kaars. Het kan op elke plaats in de vloeistof blijven hangen.
Als je het leuk vindt kun je, net als Knip, nog meer onderzoeken aan kaarsen. Bijvoorbeeld hoeveel gram kaarsvet per uur verbrandt, en daaruit het vermogen berekenen waarmee warmte vrijkomt.
