App Wereld Uitvindingen & Ontdekkingen

Natuurwetenschappen

Onder de natuurwetenschappen worden die takken van de wetenschap verstaan, die gebaseerd zijn op de natuurwetten.

Het is in de natuurwetenschap gebruikelijk wetmatigheden die lang de tand des tijds doorstaan hebben aan te duiden als wet (deze wetten kunnen echter verworpen worden als nieuwe feiten het tegendeel bewijzen), meestal tezamen met de naam of namen van de onderzoeker(s) aan wie het verband toegeschreven wordt. Voorbeeld Wet van Archimedes: "De opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt, is even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas". Ontdekt door Archimedes (287 - 212 v.Chr.), hij is de grootste wis- en natuurkundige uit de Griekse Oudheid. Hij ontdekte, dat als hij in bad ging hij lichter werd: dat komt omdat het water waar hij in ging liggen weerstand bood en alshetware terug duwde, hij noemde dit de opwaartse kracht. Deze wet vond toepassing in vele uitvindingen: schepen, duikboten, luchtballon. De ontdekkingen over eigenschappen in en van de natuur liggen dus vaak aan de basis van praktische uitvindingen. Daarbij is het o.a. ook van belang te weten waaruit een lichaam (stof) bestaat, opdat met diens eigenschappen rekening kan worden gehouden: Scheikunde (chemie) is een natuurwetenschap die zich richt op de studie van samenstelling en bouw van stoffen, de chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden, en de wetmatigheden die daaruit te halen zijn. Biologie is de leer van levende wezens. Aardkunde (aardwetenschappen) is de leer van de planeet Aarde.

De zwaartekracht is een aantrekkende kracht die twee massa's op elkaar uitoefenen. Hij neemt evenredig toe met de massa, en is er de oorzaak van dat alles op aarde een neerwaartse kracht ondervindt. De zwaartekracht werkt ook op grote afstand, bijvoorbeeld tussen de aarde en de maan, tussen de zon en alle planeten en zelfs tussen sterrenstelsels. De zwaartekracht, die verantwoordelijk is voor het vallen van bijvoorbeeld een appel, zorgt er eveneens voor dat de maan of een satelliet in een baan om de aarde blijft, dat de aarde zelf in een baan om de zon blijft draaien, en dat de zon op zijn beurt samen met alle andere sterren van de Melkweg om een zeker middelpunt heen blijft draaien. Uit de oudheid is niet veel bekend over onderzoek naar de zwaartekracht. De Griekse filosofen spraken er soms over; zo meende Aristoteles (384 v.Chr.-322 v.Chr., Grieks filosoof en totaal wetenschapper), dat alles naar beneden valt omdat het midden van de aarde de "natuurlijke plaats" van de materie was in de zogenaamde ladder der natuur. Galileo Galilei (1564-1642, Italiaanse natuurkundige, astronoom, wiskundige en filosoof) was de eerste die de zwaartekracht onderzocht door middel van waarnemingen aan banen van hemellichamen en valproeven op aarde. Isaac Newton(1643-1727, Engelse natuurkundige, wiskundige, astronoom, natuurfilosoof, alchemist en theoloog) heeft de aard van de zwaartekracht in de kosmologie (studie van het heelal) als eerste ingezien. Of dit kwam doordat Newton hierbij inderdaad een appel op zijn hoofd kreeg toen hij een dutje deed in een boomgaard, is twijfelachtig.

Middelpuntvliedende kracht of centrifugale kracht is een schijnbare kracht die voorwerpen ervaren als ze een bocht maken. Een voorbeeld is nat wasgoed in een centrifuge: de trommel met natte was wordt snel rondgedraaid, het wasgoed wordt door de trommel tegengehouden, maar het water wordt door de gaatjes naar buiten geslingerd. Het lijkt zo net of er een kracht is die het water dat in de rondte draait uit het midden weg laat vluchten. Denk ook aan een sapcentrifuge. Een ander veel voorkomend voorbeeld is een passagier achterin een auto. Als de auto snel de bocht omgaat, wordt deze passagier schijnbaar naar de zijkant geduwd. De bestuurder ervaart hetzelfde, maar is erop voorbereid omdat hij zelf stuurt. Een bekend strandspel is het ronddraaien van een emmer met water. Hier blijft het water in de emmer zitten door de centrifugale kracht, ook al heeft de emmer vrijwel een horizontale stand. Voor wie wat meer praktische ervaring met de middelpuntvliedende krachten wil opdoen, is een bezoek aan een pretpark de aanrader. Praktische toepassing is bijvoorbeeld de centrifugaalregelaar, deze is in 1788 ontworpen door James Watt. De regelaar regelt de snelheid van de stoommachine. Deze uitvinding is de medeveroorzaker van de industriële revolutie. Een centrifugaalregelaar is een apparaat dat de snelheid van een machine of (elektro)motor regelt en zorgt dat die niet op hol slaat, of bij een korenmolen de afstand tussen de twee maalstenen regelt.

Een hefboom is een mechanisme waarmee een kleine kracht in combinatie met een grote beweging wordt omgezet in een kleine beweging die een grote last verplaatst, waarvoor een grote kracht nodig is. Dit principe was geformuleerd door de Griekse wis- en natuurkundige Archimedes, die berekende hoe hij met een hefboom de aarde zou kunnen optillen. Van hem is de stoutmoedige uitspraak overgeleverd: "Geef mij een plaats om te staan en ik beweeg de aarde". De werking van de hefboom was al bekend in de oudheid, denk bijvoorbeeld aan de Egyptenaren en de hunebedbouwers voor het opkrikken van zware steen-, respectievelijk rotsblokken. Praktische (huidge) toepassingen zijn bijvoorbeeld de kruiwagen, de notenkraker en nijptang, en de ophaalbrug. Ook de katrol werkt volgens het hefboomprincipe: katrollen worden vaak in sets toegepast. Ze vormen dan een takel of blokkenstel, dat het mogelijk maakt een zware last met een beperkte kracht te verplaatsen. Vergelijkbaar met een hefboom, wordt een kleine kracht over een grote afstand omgezet in een grote kracht over een kleine afstand. De oorsprong van de katrol is niet helemaal duidelijk. Wel is zeker dat Archimedes in de 3e eeuw v.Chr. het principe van de katrol kon toepassen. In de middeleeuwen werden bij oorlogen vaak katrollen gebruikt. Bijvoorbeeld om een kruisboog of katapult te spannen. Zeilschepen gebruiken takels om grote zeilen met menskracht te kunnen bedienen, en enkelvoudige katrollen om de trekrichting van lijnen te veranderen. In de scheepsbouw spreekt men eerder van blokken in plaats van takels.

Al in de Oudheid ontdekte men dat magnetietkristallen elkaar afhankelijk van de stand aantrekken of afstoten. Dit natuurkundige verschijnsel wordt magnetisme genoemd. Magnetiet is genoemd naar Magnesia, een gebied in Thessalië in het oude Griekenland. Magnetiet is een grijszwart sterk natuurlijk magnetisch mineraal. Verantwoordelijk voor het magnetisme daarvan is het aanwezige ijzer. Naast ijzer vertonen ook nikkel en kobalt magnetische eigenschappen. Voorwerpen die dit verschijnsel sterk vertonen noemt men magneten. Alle magneten hebben twee polen die de noordpool en de zuidpool worden genoemd. De noordpool van een magneet stoot de noordpool van een andere magneet af, en trekt de zuidpool van een andere magneet aan. Twee zuidpolen stoten elkaar ook af. Omdat ook de aarde een magneetveld heeft, met z'n zuidpool vlak bij de noordpool en z'n noordpool vlakbij de zuidpool, zal een vrij ronddraaiende magneet altijd de noord-zuidrichting aannemen. De benamingen van de polen van een magneet zijn hiervan afgeleid. Overigens wordt gemakshalve, maar wel enigszins verwarrend, de zuidpool van de "aardemagneet" de magnetische noordpool genoemd en de noordpool van de "aardemagneet" de magnetische zuidpool. Er zijn ook kunstmatige magneten: een verwant verschijnsel is elektromagnetisme, magnetisme dat ontstaat door een elektrische stroom. IJzer kan worden gemagnetiseerd door het materiaal in een magnetisch veld te plaatsen, bijvoorbeeld in een spoel van geleidende draad waardoor een elektrische gelijkstroom loopt.



Materiaalkunde

Materiaalkunde is een natuurwetenschappelijk vakgebied, dat zich bezighoudt met het verband tussen de samenstelling en structuur van materialen aan de ene kant, en hun eigenschappen aan de andere kant. In het verlengde daarvan houdt de materiaalkunde zich bezig met het ontwikkelen van nieuwe materialen, bijvoorbeeld materialen die bruikbaar zijn in de ruimtevaart en voor het maken van kunstorganen. De ontwikkeling van de mensheid is altijd sterk verbonden geweest met de kennis die beschikbaar was over de toepassing van materialen om aan de wensen van de mens tegemoet te komen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat we thans de eerste menselijke beschavingen (steentijd, bronstijd, ijzertijd) karakteriseren met de materialen die er door deze beschavingen gebruikt werden. Aan de start van een nieuwe technologie staat in veel gevallen een toegenomen hoeveelheid kennis over de eigenschappen van een bepaald materiaal. De productie van zonnecellen en andere geavanceerde elektronica was bijvoorbeeld niet mogelijk geweest zonder kennis over halfgeleiders. De theoretische materiaal"wetenschap" houdt zich bezig met de relatie tussen de structuur van een materiaal en de eigenschappen die daaruit voortvloeien, terwijl de praktische kant (de materiaaltechnologie) deze kennis toepast door de structuur van materialen zodanig aan te passen, dat er een materiaal ontworpen wordt met gewenste eigenschappen. De materiaalkunde houdt zich ook bezig met de productie en de prestaties van materialen na toepassing.

Scheikunde

Scheikunde of chemie is een natuurwetenschap die zich richt op de studie van samenstelling en bouw van stoffen, de chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden, en de wetmatigheden die daaruit te destilleren zijn. Chemie is sterk verwant met de natuurkunde (fysica). De tak van wetenschap die beide verbindt is de 'fysische chemi' (chemie gericht op natuurkunde). Ook met andere natuurwetenschappen zijn aan het grensvlak nieuwe disciplines ontstaan zoals de 'biochemie' (chemie gericht op biologie) en 'geochemie' (chemie gericht op geologie). In de meer recente oudheid werden bij het vuur (een chemische reaktie van brandstof en zuurstof uit de lucht en verhitting) een aantal andere chemische technieken gevoegd. Ten eerste leerde de mens metalen uit hun ertsen vrij te maken en het maken van legeringen (mengsels): de metallurgie. De metallurgie van koper, is een bijzonder oude vorm van chemie en een aantal elementen (basis onderdelen/metalen) waren al in het oude Egypte bekend. Metalen werden al snel als betaalmiddel gebruikt en met het slaan van munten werd de kennis van metaallegeringen en hoe zij op bewerkingen als in het vuur houden reageerden nog belangrijker. Zo werd de alchemie (allesomvattende chemie vermengd met religie en mystiek) geboren. In de middeleeuwen zochten de alchemisten naar manieren om deze metalen in elkaar te doen overgaan; bijvoorbeeld lood in goud. Omdat het hier om elementen gaat is deze verandering echter niet langs chemische weg mogelijk.


  Museum JoCas © (CC BY-SA 3.0 NL) CC: Creative Commons - Naamsvermelding - Niet-commercieel - Gelijk delen 3.0  Nederland , licentie en © Format: Cor Bastinck ism vml JoCas, Jeugd- en jongerenvereniging. © teksten zie Wikipedia en “Info” © foto’s algemeen zie “Info” en wanneer afwijkend zie onderschrift foto’s bij artikel.

TOP Info Contact Home

+

+

+

+

Schroef van Archimedes, bal geeft de werking aan transport van bijvoorbeeld water.

Auteur: Silberwolf

Een vijzel of wormschroef is een variant van de schroef van Archimedes (zonder buis) en schroeft het water van laag naar hoog.

Bron: in een Pompstation in Kinderdijk, Nederland. Foto: M.A. Wijngaarden.

Centrifugaalregelaar, de groene pijltjes laten zien wat er gebeurt: door draaiing gaan de bollen uiteen en via de armen regelen ze de stand van de klep in de buis rechtsonder.

Bron: created from File:Centrifugal governor.png (published 1900)

18e eeuws chemisch laboratorium.

Ets: William Lewis (1714 - 1781). Bron: Frontispiece of Commercium Philosophico-Technicum

Een schuin naar boven gerichte waterstraal uit een fontein vormt onder invloed van de zwaartekracht een parabool van water.

Auteur: GuidoB

Door twee katrollen te gebruiken heeft men maar de helft van de kracht nodig om het voowerp op te tillen dan bij één katrol.

Auteur: César Rincón

Werking van de hefboom. Een hefboom is een mechanisme waarmee een kleine kracht in combinatie met een grote beweging wordt omgezet in een kleine beweging die een grote last verplaatst, waarvoor een grote kracht nodig is. Dit principe was geformuleerd door de Griekse wis- en natuurkundige Archimedes.

Auteur: Silver Spoon