IJsplateaus, sneeuw, korrelig gesteente en… gepofte rijst. Je zou het op het eerste gezicht niet zeggen, maar ze hebben iets gemeen. Het zijn allemaal brosse, poreuze materialen. Dat soort materialen hebben een grotere kans om in te storten als ze in contact komen met vloeistoffen. Australische onderzoekers bestudeerden zulke ineenstortingen in het laboratorium met gepofte rijst en melk, en stelden een model op dat het instortproces beschrijft.
Een zinkgat (sinkhole) is een bekend voorbeeld van wat er kan gebeuren als een poreus materiaal bezwijkt ten gevolge van vocht. Bros gesteente lost op in water, waardoor een gedeelte van de grond plots instort en er een holte ontstaat. Maar ook dammen die gevuld zijn met korrelige gesteenten lopen het risico in elkaar te zakken wanneer er te veel water intrekt. En ontbijtgranen als gepofte rijst zakken in elkaar als je er melk aan toevoegt.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Ineenstortende ontbijtgranen zijn natuurlijk minder levensbedreigend dan een zinkgat of ineenstortende dam. Maar door gepofte rijst te bestuderen kunnen we meer leren over die andere, gevaarlijkere gebeurtenissen.
Tikkende rijstbevingen
Eerder deden de Australische onderzoekers al experimenten met droge, gepofte rijst. ‘Het leek ons interessant om uit te breiden naar natte, gepofte rijst’, zegt hoogleraar Itai Einav van de University of Sydney in Australië. ‘Dat bleek relevante overlap te hebben met het onderzoek van een collega naar dammen die door vocht instorten.’ Sommige dammen bestaan uit grof korrelige grond of puin en kleine stenen. Dit valt in de categorie poreus materiaal, net als gepofte rijst.
De ontbijtgranen zijn zo poreus dat het een van de meest extreme materialen uit de categorie is. Juist die extreme poreusheid (en de lage kosten) maakt gepofte rijst een goed testmateriaal voor in kleine, korte laboratoriumexperimenten.
De onderzoekers vulden een cilinder met gepofte rijst en duwden er met een constante druk van bovenaf op. Daarna voegden ze van onder water, magere melk of volle melk toe. Het bleek niet uit te maken welke vloeistof ze gebruikten, het resultaat was steeds hetzelfde: de gepofte rijst zakt schokkend in elkaar. Tegelijkertijd met de schokken zijn er duidelijk tikken te horen. Die noemden de onderzoekers ‘rijstbevingen’. De tijd tussen twee bevingen neemt geleidelijk toe.
Instorten als treinwagons
De onderzoekers beschrijven het mechanisme dat voor de rijstbevingen zorgt met een theoretisch model. Hierin worden de gepofte korrels beschreven als op elkaar gestapelde treinwagons, zegt Einav. Van bovenaf wordt er op die wagons gedrukt, maar die druk kunnen ze aan omdat ze een stevig frame hebben. Als je water (of melk) toevoegt, dan lossen de frames van de wagons gedeeltelijk op en worden ze zacht. Daardoor storten ze in. Eerst zal de onderste wagon het begeven, omdat die als eerst zachter en zwakker wordt. Dan volgt die daarboven, enzovoorts. Zo ontstaan de elkaar opvolgende bevingen.
De dynamica van de rijstbevingen doet denken aan terugkerende ijsbevingen die gemeten zijn op Antarctica. Maar de onderzoekers waarschuwen voor haastige conclusies. ‘Begrijp me goed’, zegt Einav. De processen in de gepofte rijst zijn leuk en kunnen ons meer leren over vergelijkbare systemen. ‘Maar onze resultaten kunnen niet direct gebruikt worden om voorspellingen te doen over bijvoorbeeld bezwijkende ijsplateaus. Daar kunnen ook hele andere fysische processen, zoals schuifweerstand van het ijs een rol spelen.’
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees ook: