Straaljagereffect in een fles

Voor onderhoudende experimenten heb je niet per se een groot laboratorium nodig. Prik een paar gaatjes in een plastic fles, en je kunt het effect laten zien waardoor de eerste straaljager ter wereld in vlammen opging.

Open een pak melk en probeer de inhoud voorzichtig in een glas te schenken. Als je het pak langzaam genoeg kantelt, komt het stroompje melk niet in het glas, maar druppelt het via de onderkant van het melkpak op de keukenvloer. Hetzelfde verschijnsel kun je zien door een lepel met de bolle kant onder een zachtjes lopende kraan te houden; de waterstraal lijkt tegen de lepel te ‘kleven’. Dat fenomeen staat bekend als het coandă-effect, genoemd naar de Roemeense luchtvaartpionier Henri Marie Coandă. Het verschijnsel is waarschijnlijk de directe aanleiding dat vrijwel niemand heeft gehoord van Coandă-devliegtuigbouwer.

(Die bewering is niet helemaal juist. De luchthaven van de Roemeense hoofdstad Boekarest is in 2004 omgedoopt in Henri Coandă International Airport. Tegelijkertijd moet natuurlijk wel gezegd worden dat Coandă niet dezelfde status geniet als luchtvaartpioniers als de gebroeders Wright, Blériot, Saint Exupéry of zelfs Hanna Reitsch.)

Coandă bouwde in 1910 (!) het eerste door straalmotoren aangedreven vliegtuig ter wereld – nauwelijks zeven jaar na de eerste vlucht van de gebroeders Wright. Het toestel, de Coandă-1910, was uitgerust met zogeheten thermojets, een soort kruising tussen een traditionele zuigermotor en de straalmotor zoals we die tegenwoordig kennen.

De zuigermotor wordt gebruikt om lucht onder hoge druk in de verbrandingskamer van de straalmotor te persen. Verder is de werking vergelijkbaar met een gewone straalmotor: de lucht reageert met geïnjecteerde brandstof waarna hete verbrandingsgassen onder hoge druk door de uitlaat naar buitengeperst worden. De rest is Newton: actie is min reactie. De straalmotor – en het daaraan bevestigde vliegtuig – worden met even veel kracht naar voren geduwd als de hete uitlaatgassen naar achter.

De thermojet bleek krachtiger dan Coandă dacht. Op 16 december 1910, tijdens een taxiproef in Issy-les-Moulineaux, ten zuidwesten van Parijs, schoot het vliegtuig onbedoeld het luchtruim in. Tijdens de daaropvolgende (zeer) korte vlucht, ontdekte de luchtvaartpionier het verschijnsel dat later naar hem werd genoemd; de steekvlam uit de achterkant van de straalmotor ‘kleefde’ tegen de romp van het vliegtuig, precies als een straaltje melk tegen een kartonnen pak.

Coandă raakte vrijwel direct de controle over zijn vliegtuigje kwijt, waarna het toestel brandend ter aarde stortte. Coandă ontwierp na 1910 alleen nog propellervliegtuigen, hoewel hij nog wel een klein uitstapje naar jet-technologie maakte met het ontwerp van de eerste slee met straalaandrijving. Na die onfortuinlijke eerste vlucht duurde het nog 34 jaar voor een in serie geproduceerde straaljager operationeel werd, de door de nazi’s ontworpen Messcherschmitt 262.

Je kunt het coandă-effect – onverantwoord kort gezegd: gas of vloeistof dat langs een convex object stroomt, ‘kleeft’ tegen het oppervlak – demonstreren door een brandend waxinelichtje achter een ronde fles te zetten. Blaas tegen de voorkant van de fles en het waxinelichtje gaat uit. Overigens schijnt er wel verschil te zijn tussen de oorzaak van het effect bij gassen (waxinelichtje, straalvliegtuig) en vloeistoffen (melkpak, lepel). Bij vloeistoffen wordt het coandă-effect veroorzaakt door oppervlaktespanning, de aantrekkingskracht tussen moleculen in de vloeistof.

Met oppervlaktespanning kun je eindeloos experimenteren in de keuken; druppelende kranen, drijvende paperclips, reusachtige zeepbellen, noem maar op. Neem bijvoorbeeld een lege plastic fles. Maak onderin drie gaatjes van ongeveer een millimeter doorsnee op iets minder dan een centimeter naast elkaar. Vul daarna de fles met water. Als het goed is, krijg je drie afzonderlijke waterstraaltjes; uit ieder gaatje één. Door de uitstroomsnelheid van het water iets te variëren – door in de fles te knijpen – kun je de straaltjes naar elkaar toe laten buigen. De truc is nu dat je de waterstralen zo buigt dat ze elkaar raken. Als je de fles nu voorzichtig loslaat, blijven de straaltjes aan elkaar ‘gekleefd’. Niet wereldschokkend, maar in ieder geval wel veiliger dan een zelfgebouwde straaljager.

Auteur: Ernst Arbouw