ANW HOOFDSTUK 3

§3.1, inleiding:
Dit hoofdstuk gaat over de wereld waarin mensen leven. De naaste omgeving, bijv. de bodem, maar ook het heelal. Mensen proberen gebeurtenissen en vragen te beantwoorden.

§3.2, ik zie, ik zie:
Om te overleven moet een organisme kunnen reageren op de omgeving. Dit kan door middel van zintuigen die hem een optimale levenskans bieden en leiden naar voedsel en een partner. Zintuigen vangen prikkels op. Er zijn lichtprikkels, geluidsprikkels, temperatuurprikkels, drukprikkels en chemische prikkels (preoven, ruiken). Waarnemen is het uitwisselen van stoffen en/of energie vormen.
Mensen kunnen stereoscopisch zien: diepte zien en afstanden schatten. In de ogen bevinden zich staafjes voor grijswaarneming en 3 soorten kegeltjes voor kleurwaarneming (polychroom). Niet elk dier kan kleuren zien. Sommige dieren zien alleen in zwart/wit (monochroom). Veel slangen kunnen hun prooi goed in het donker opsporen, omdat ze een zintuig hebben dat infrarood (warmtestraling) detecteert. Prooidieren die een hoge lichaamstemperatuur hebben, worden zo gemakkelijk door een slang gezien. Bijen zien meer in het ultraviolette gedeelte van het spectrum. Bloemen vallen zo extra op.
Nachtdieren kunnen in het donker goed zien. Ze hebben meer staafjes dan wij en bovendien hebben ze een tapetum lucidum (pigmentlaag) die het licht reflecteert zodat het nog een keer op de zintuigcellen valt.
Het gezichtsveld is voor alle dieren anders. Een dier dat de ogen opzij van de kop heeft staan, heeft een groot gezichtsveld, maar kan geen afstand schatten. Insecten met hun facetogen kunnen de hele omgeving overzien. Mensen kunnen met hun zintuigen niet alles waarnemen. Er is bijvoorbeeld licht en geluid dat wij niet kunnen zien of horen. Wij interpreteren zintuiglijke informatie op basis van herinneringen en ervaringen. Zo kan het voorkomen dat onze hersenen een verkeerd of vervormd beeld geven van wat wij zien. Ook hallucinerende middelen laten de gebruikers de wereld anders ervaren dan die is.
Hoe ouder je wordt, hoe meer je zintuigen verslechteren.
Een fenomeen krijgt betekenis als we het eerder hebben waargenomen en er eigenschappen van kennen. Objectieve waarnemingen bestaan dus niet.

§3.3, materialen en stoffen:
De eerste geleerden in Griekenland (voorlal Aristoteles) vonden dat het gevoel het meest primaire zintuig is. Je kunt hiermee vaststellen of iets warm of koud, droog of vochtig is. Deze vier eigenschappen of kwaliteiten werden veroorzaakt door de vier elementen: aarde (droog en koud), water (vochtig en koud), vuur (droog en warm) en lucht (vochtig en warm). De vier elementen werden gekoppeld aan de seizoenen: winter (droog en koud), herfst (vochtig en koud), zomer (droog en warm) en voorjaar (vochtig en warm).
Ook in de mens vinden we de vier elementen terug. De vier vochten (humoren) van het menselijk lichaam zijn: zwarte gal (melancholisch: zwaarmoedig), slijm (flegmatisch: nuchter), gele gal (cholerisch: opvliegend) en bloed (sangwinisch: uitbundig). Het sap dat bij een mens overheerst is ook zijn overheersende humeur. Zie figuur 3.8.
Vier processen maken van gesteente aarde:
- natuurkundige processen (bevriezen van water)
- scheikundige processen (oxideren van mineralen in gesteente)
- inwerking van planten (wortels splijten, verkruimelen of lossen gesteente op)
- inwerking van dieren (regenworm)
Gesteentes zijn mengsels van mineralen. Dit zijn in de vrije natuur voorkomende chemische elementen of verbindingen die een kristalvorm hebben en niet zijn gevormd door organismen, bijvoorbeeld pyriet (FeS2) of bariet (BaSO4).
Gesteentes kunnen ook van organische oorsprong zijn. Krijt en mergel zijn ontstaan uit kalkskeletjes van eencellige diertjes, de foraminifera.
Een delfstof is een gesteente waaruit metalen of niet-metalen kunnen worden gewonnen. Bij metalen spreken we van ertsen.
In het stenen tijdperk was vuursteen een belangrijke delfstof. De economische grens van winbaarheid van een delfstof is afhankelijk van de omstandigheden (het gebied) en de stand van de techniek.
Rijke aanwezigheid van mineralen en andere delfstoffen komt door drie processen in de aardkorst:
- stolling van magma: als magma omhoog dringt bij gebergtevorming, wordt het kouder. Er kristalliseren dan steeds meer verschillende verbindingen. Aan het eind van dit proces is er een rest van allerlei verbindingen die nog niet gekristalliseerd is: restsmelt. Hieruit worden veel belangrijke mineralen en ertsen gevormd. Bij een grote afkoelingssnelheid van magma blijven de mineralen klein, maar bij een langzame afkoeling worden mooie grote kristallen gevormd
- metamorfose van gesteente: resten van gesteentes of gesteentes zelf kunnen terugzinken in de aardkorst en geheel of gedeeltelijk vloeibaar worden. Dit noemen we metamorfe gesteentes. Bij het smelten kunnen groter kristallen en concentraties van mineralen ontstaan
- sedimenteren van gesteente: als gesteente verweert, verbrokkelt het tot losse mineralen. Deze kunnen door rivieren worden meegenomen en op bepaalde plaatsen bezinken. Omdat hun dichtheid verschilt, kan het zijn dat mineralen van één type op een bepaalde plaats geconcentreerd worden
De oudste delfstof die de mens gebruikte was vuursteen. Ook kende men in het stenen tijdperk al een aantal metalen die men gebruikte voor sieraden. Het bronzen tijdperk is genoemd naar brons, een legering van koper en tin.
In de oudheid en de middeleeuwen dacht men dat ertsen in de aarde groeiden onder invloed van bepaalde hemellichamen (zie at).

§3.4, de planeet van de mens:
De mensen in de Oudheid en de Middeleeuwen namen aan dat de wereld een bol was om verschillende redenen:
- de bol is de meest volmaakte vorm
- bij een maansverduistering kun je zien dat de schaduw van de aarde op de maan rond is
- als schepen aan de horizon verschijnen, zie je niet meteen het hele schip, maar eerst het topje van de mast en dan steeds meer
- op verschillende plaatsen op aarde staan sterren op dezelfde tijd op verschillende hoogtes aan de hemel
- de schaduw van een loodrecht geplaatste stok is op verschillende plaatsen op dezelfde tijd niet even lang
- Aristoteles had nog een laatste argument, namelijk dat er olifanten zijn zowel in Indië als in Afrika. Olifanten kunnen geen lange afstanden zwemmen, dus ze moeten van Indië naar Afrika kunnen lopen. In de bekende noordelijke wereld waren deze landen niet met elkaar verbonden, dus moest dat in het zuiden het geval zijn. Dit kon alleen als de aarde een bol was
In de Middeleeuwen werd de wereld vaak voorgesteld op een OT-kaart. De drie bekende werelddelen, Europa, Africa en Asia, werden in een O afgebeeld. De kaart was georiënteerd op het oosten (oriens). Links, in het westen (occidens), was dan Europa en rechts, in het zuiden (meridies) was Africa (zie figuur 3.24). De verticale balk stelde de Middellandse Zee voor en de horizontale balk de meridiaan van Eratosthenes (langs de Nijl, over Alexandrië naar het noorden). In het midden van de wereld lag Jeruzalem. Rondom de drie werelddelen lag de oceaan.
Over het midden van de aarde loopt een denkbeeldige lijn, de evenaar (equator). Evenwijdig daaraan lopen de breedtegraden. Haaks daarop staan de lengtegraden (meridianen). De nulmeridiaan loopt door Greenwich. Met behulp van deze lijnen kun je een plaats op aarde exact aangeven.
In de Middeleeuwen bestond ook een klimaatkaart. Het noorden werd afgeschilderd als ijzig koud. Naar het zuiden toe werd het steeds warmer en op de evenaar was het zo warm dat de aarde daar een gordel van vuur was (zie figuur 3.26). Voor de Middeleeuwers ontstond nu een groot probleem. De (eventuele) mensen op het zuidelijk halfrond zouden door de vuurgordel nooit bereikt kunnen worden en dus nooit van Jezus kunnen horen. Bovendien konden ze niet van Adam en Eva afstammen. Met noemde deze mensen tegenvoeters. Sommige wetenschappers namen op grond van symmetrie aan dat de tegenvoeters wel bestonden, van een schepping vóór Adam waren en dat daar nog geen zondeval was geweest.
Wij kennen vijf klimaatzones. In de tropen wordt de lucht het meest verwarmd, zet uit, stijgt op en koelt weer af. Er ontstaat een lagedrukgebied. De afgekoelde lucht daalt weer in de subtropen, daar ontstaat een hogedrukgebied. In de subtropen en in de tropen is de luchtstroom vooral verticaal, zodat er weinig wind is. We spreken van de subtropische hogedrukgordels en de tropische kalmtegordel.
Dit regelmatige beeld wordt verstoord door twee zaken. De beweging van de zon tijdens het jaar en door het verschil tussen oceanen en continenten (boven land verandert de temperatuur sneller dan boven water).

§3.5, de blik verleggen:
De bewegingen van zon en maan hebben de tijd bepaald. De zon bepaalt het ritme van dag en nacht: het etmaal de schijngestalten van de maan bepalen een maand. De periode die de zon nodig heeft om op hetzelfde punt aan de hemel terug te keren, bepaalt het jaar. Van de oude Egyptenaren is bekend dat zij de lengte van het jaar vaststelden op 365 dagen. Omdat een jaar in werkelijkheid iets langer duurt, hebben we elke vier jaar één schrikkeljaar.
Omdat de aarde om haar as én om de zon draait, zien we de zon elke dag opkomen in het oosten en ondergaan in het westen. Ergens midden op de dag staat de zon op zijn hoogst in het zuiden. Na ongeveer 24 uur zie je vanaf dezelfde plek op aarde de zon weer in het hoogste punt komen. Deze tijdsduur heet de middelbare zonnedag.
Omdat de as van de aarde scheef staat, staat de zon in de zomer voor ons hoger dan in de winter. Op 21 juni staat de zon loodrecht boven de breedtecirkel op 23,5° NB. Dit is de zomerzonnewende. Op de noordpool gaat de zon ’s nachts niet onder. Op 21 december is het winterzonnewende. De zon staat dan loodrecht op 23,5° ZB. De zon gaat niet onder op de zuidpool. Op 21 maart en 21 september staat de zon loodrecht boven de evenaar.
De maan draait in 29,5 dagen rond de aarde. Daarom ziet hij er niet altijd hetzelfde uit. Staat hij tussen de aarde en de zon in, dan is het nieuwe maan, staat hij achter de aarde, dan is het volle maan. Tussen nieuwe maan en volle maan is het eerste kwartier. De maan is dan wassend. Tussen volle maan en nieuwe maan is het laatste kwartier, de maan is afnemend.
De donkere plekken op de maan zijn kraters.
Het joodse jaar telt 354 dagen en telt echte maan-maanden van afwisselend 29 en 30 dagen. Om de drie jaar heeft het jaar een extra maand. In het joodse jaar valt Pasen altijd op de 14e van de maand Nisan.
Het christelijke jaar is een zonnejaar. Alleen Pasen hangt van de maan af, het valt op de zondag na de eerste volle maan na het begin van de lente. Carnaval, Hemelvaart en Pinksteren hangen van deze paasdatum af.
Het islamitische jaar is een maanjaar met twaalf maanden van 29 of 30 dagen. Verder komen er schrikkeljaren voor van 355 dagen. De Ramadan kan op allerlei mogelijk data in het zonnejaar vallen.
Ook op andere hemellichamen dan de zon en de maan werd vroeger al gelet. Wanneer in Egypte Sirius kort voor zonsopkomst aan de hemel verscheen, zou weldra de Nijl buiten haar oevers treden.
Onderlinge groepjes van sterren vormen sterrenbeelden. Sommige sterrenbeelden kregen in de Oudheid een speciale betekenis.
In de tijd van Galilei begonnen ‘wetenschapper’ zich bezig te houden met astrologie. Zij namen aan dat het geestelijk leven van een mens onder invloed stond van de hemellichamen, zoals ook de metalen onder invloed stonden van bepaalde hemellichamen (§3). Planeten en sterren zenden volgens hen krachten of stralen uit die de aarde beïnvloeden. Dat geldt bijvoorbeeld ook voor de invloed van de maan op eb en vloed. Astrologen maakten voorspellingen van het geestelijk leven op basis van hemelverschijnselen.
Het maken van kloppende kalenders, tabellen, sterrenkaarten, enz. was het werk dat de astronomen deden. Dit deden ze bijvoorbeeld voor de scheepvaart.
Het vlak waarin de aarde om de zon draait, wordt de ecliptica genoemd. Langs deze baan bevinden zich twaalf sterrenbeelden, tezamen de dierenriem genoemd. Elke maand staat de zon vanuit de aarde gezien in een ander sterrenbeeld van de dierenriem (zie figuur 3.38). Als de zon ’s zomers loodrecht boven 23,5° NB staat, bevindt zich achter de zon het sterrenbeeld kreeft. Deze breedtegraad wordt daarom de kreeftskeerkring genoemd. Om dezelfde reden wordt 23,5° ZB de steenbokskeerkring genoemd.
In het verlengde van de aardas staat (heel ver weg) de Poolster. Met deze ster kun je de poolshoogte nemen. De hoek met de horizon waaronder je deze ster ziet, is tevens de breedtegraad waarop je je bevindt.
Voor ons staat de Poolster stil aan de hemel. De andere sterren draaien, tegen de klok in, daaromheen. Voordat het kompas werd uitgevonden, koersten zeelui op de sterren.
Planeten volgen aan de hemel geheel andere banen dan sterren, ze werden vroeger daarom wel dwaalsterren genoemd.

§3.6, heelal en zonnestelsel:
Om de zon bewegen negen planeten en een aantal planetoïden (miniplaneetjes). Samen vormen ze het zonnestelsel. Sommige planeten hebben één of enkele manen. Planeten stralen zelf geen licht uit. De zon is één van de sterren uit het Melkwegstelsel.
In de 1e helft van de 20e eeuw is de oerknaltheorie ontwikkeld: Zo’n 15 miljard jaar geleden ontstond het heelal uit de explosie van een minuscuul bolletje waarin alle massa en energie zat samengeperst. Er ontstonden elementaire deeltjes die reageerden tot waterstof- en heliumatomen. Miljarden jaren later ontstonden de eerste sterren. De materie verspreidde zich door het heelal. Tussen deeltjes werkt gravitatiekracht, waardoor ze samenklonteren tot grotere brokken materie, wolken van H2 en He. Door toenemende massa storten deze wolken in. Door hoge druk en temperatuur worden atomen van H2 en He in elkaar geperst. Er treden kernfusies op, waarbij stralingsenergie vrijkomt, de ster is geboren. Oermaterie (H2 en He) wordt daarbij omgezet in zwaardere elementen. Als de oermaterie opraakt, sterft de ster. Het materiaal van de ster verspreidt zich, vaak met een explosie, over het heelal.
Mercurius, Venus, Aarde en Mars zijn de ‘aardse’ planeten. Verder van de zon af treffen we reusachtige gasplaneten aan. Deze hebben een grote inwendige warmte. Pluto is een kleine en volledig bevroren planeet. Hij heeft een maan die half zo groot is als hijzelf. Het is de verste planeet van ons zonnestelsel.
Mercurius is de planeet die het dichtst bij de zon staat. Zijn oppervlaktetemperatuur is ongeveer 400 °C. Mercurius is te klein om een atmosfeer vast te houden, waardoor de temperatuur ’s nachts daalt tot ongeveer –200 °C. Ook zorgt dit voor het uiterlijk van de planeet: brokken steen die op aarde zouden verbranden in de atmosfeer, slaan op Mercurius een krater in het oppervlak.
Venus is iets kleiner dan de aarde. Vroeger had Venus meren en oceanen, maar door de kleine afstand tot de zon verdampte dit water. De koolstofkringloop werd verbroken en H2O (g) en CO2 hoopten zich op in de atmosfeer. Dit leverde een versterkt broeikaseffect op en de temperatuur is nu meer dan 450 °C.
Mars staat verder van de zon dan de aarde. Hij leek vroeger erg veel op de aarde, maar door zijn kleine volume ontsnapte de inwendige warmte vrij snel. CO2 verdween uit de atmosfeer en werd niet aangevuld. De atmosfeer verdween, het water verdampte en Mars is nu geologisch dood.
Planeten ontstaan door samenklontering van restanten van stervorming.
Johannes Kepler (1571-1630) stelde formules op waarmee de omlooptijd van planeten in een ellipsbaan rondom de zon kon worden berekend, met behulp van de vorm en de grootte van de baan om de zon. Isaac Newton (1642-1727) bewees deze formules en verklaarde met de gravitatiekracht waarom planeten bij de zon bleven.
Sinds de Oudheid waren vijf planeten bekend. In 1781 werd Uranus ontdekt door F.W. Herschel. Nu had men een probleem, want de baan van deze planeet was niet ellipsvormig. Men veronderstelde dat er nog een planeet moest zijn die deze afwijkingen veroorzaakte. Met behulp van de afwijkingen van Uranus en de gravitatiekracht kon men de baan voorspellen van deze planeet. In 1846 werd dan ook Neptunus gevonden. In 1905 werden baanafwijkingen bij Neptunus geconstateerd en in 1930 werd op de voorspelde plaats Pluto gevonden.
Tot dan toe konden alle verschijnselen nog met het beeld van Newton verklaard worden, maar er waren een paar kleine afwijkingen. Eén daarvan was bijvoorbeeld de snel bewegende planeet Mercurius. Met verklaarde dit met een extra planeet, Vulcanus, maar na een eeuw zoeken was deze nog niet gevonden. Intussen had Albert Einstein een Algemene Relativiteitstheorie opgesteld. Hiermee konden de verschijnselen wel verklaard worden en in 1916 verving deze theorie het Newtoniaanse wereldbeeld.

§3.7, modellen met moleculen en atomen:
Wetenschappers zien nieuwe dingen en gaan deze onderzoeken. Waar ze niet zo gemakkelijk iets aan zullen veranderen, is een bestaand geheel, omdat ze weten dat veel verschijnselen daarmee zo goed verklaard worden. Een geheel dat algemeen geaccepteerd is, is de opbouw van een stof uit moleculen, die weer uit atomen bestaan. Hiermee kan de vorming van nieuwe stoffen goed verklaard worden. Dit gaat vaak met behulp van een reactievergelijking, bijvoorbeeld NH3 + HCl → NH4Cl. Het aantal atomen vóór en na de pijl blijft gelijk, maar er ontstaat een andere stof met andere stofeigenschappen.
Over hoe een atoom eruit ziet, zijn in de loop der tijd verschillende modellen gevormd.
In de barok ontstond het idee dat de wereld opgebouwd was uit oneindig kleine deeltjes. Tussen 1750 en 1850 stapte men af van het idee dat atomen echte deeltjes waren. Materie was in het oneindige deelbaar, dus een atoom was niet iets dat echt bestond. In de scheikunde moest je het atoom aannemen als centrum van scheikundige activiteit.
In 1874 stelde J.H. van ’t Hoff moleculen en atomen voor als echte dingen die een ruimtelijke omvang hebben. hij ontdekte dat er stoffen bestonden die in alle chemische en fysische eigenschappen gelijk waren, behalve dat ze kristallen konden vormen die elkaars spiegelbeeld waren. Dit kon alleen als ze uit moleculen opgebouwd waren die ook elkaars spiegelbeeld waren. Maar dan konden moleculen niet meer punten zijn die met scheikundige krachten op elkaar inwerkten. Pas rond 1894 werd Van ’t Hoffs voorstel geaccepteerd.
Na 1900 ontdekte met dat uit atomen negatief geladen elektrische deeltjes vrij konden komen: elektronen. J.J. Thomson (1856-1940) stelde een atoommodel op: het atoom was een bolletje, waarbinnen zich elektronen bevonden. De elektronen werden binnen het atoom gehouden door de aantrekkende kracht van een positief geladen kern.
Ernest Rutherford (1871-1937) ontwikkelde het model van Thomson verder. Hij ontdekte in 1919 dat bij bestraling van stikstofatomen door α-deeltjes protonen ontstonden. Dat kon alleen maar als die kernen al in de stikstofkernen aanwezig waren. James Chadwick ontdekte in 1932 dat in atoomkernen nog andere, ongeladen deeltjes voorkomen, neutronen. Het atoommodel van Rutherford lijkt op een minizonnestelsel. Een kern van protonen en neutronen, met daaromheen cirkelende elektronen.
Niels Bohr (1885-1962) paste het atoommodel van Rutherford aan. Volgens de toen geldende wetten van de natuurkunde zouden cirkelende elektronen elektromagnetische straling moeten uitzenden, energie verliezen en op de atoomkern ploffen. Dit gebeurde echter niet. Bohr verklaarde dat de elektronen alleen in bepaalde banen rondom de kern konden bewegen en alleen als ze van baan veranderden energie uitzonden. Hij stelde een atoommodel op waarin de elektronen zich in schillen om de kern bevinden.

§3.8, keerpunt 1600: wereldbeelden:
Een wereldbeeld waarbij de aarde in het middelpunt staat, noemen we geocentrisch. Een wereldbeeld met de zon in het midden noemen we heliocentrisch. In de 16e en 17e eeuw was de wetenschappelijke revolutie. Het centrum van het heelal was niet langer de aarde, maar de zon (en later die ook niet meer). Dit was voor de mensen een grote schok. Hun wereldbeeld stortte in. Zij stelden zich de hemel voor bij de eeuwig vaste sterren. Daaronder bevonden zich de zeven dwaalsterren (de toen bekende planeten, de zon en de maan). De onderste dwaalster was de maan. De maanhemel was meteen de scheiding tussen het ondermaanse, het onvolmaakte en het hemelse, het volmaakte. Op aarde waren er vier elementen, in het bovenmaanse was er een vijfde, hemels element: de quinta essentia. In de hemel was er volmaakte rust (vaste sterren) of een volmaakte cirkelbeweging (dwaalsterren). In het ondermaanse kwamen van nature alleen rechtlijnige bewegingen voor (onvolmaakte bewegingen, omdat ze een begin en een einde hebben). dit Middeleeuwse wereldbeeld stortte tijdens de wetenschappelijke revolutie in.
De mensen gingen nu filosoferen over het heelal. Als de aarde bewoond is, waarom zijn dan niet ook alle andere planeten en zonnestelsels bewoond?

REACTIES

Log in om een reactie te plaatsen of maak een profiel aan.