Afbeelding bekijken
Het schooljaar is weer begonnen en dat betekent dat het tijd is voor het eerste bakje koffie! Als je regelmatig espresso of bijvoorbeeld cappuccino drinkt, dan weet je misschien dat bij het zetten ervan water onder hoge druk door gemalen koffiebonen geperst wordt. Opvallend: een fijnere bonenmaling levert slappere koffie op.
Hoe dat kan? Britse onderzoekers zijn er nu achter. Lees het artikel hier.
Opdrachten
1. Waarom zou je (volgens het artikel) verwachten dat koffie uit fijner gemalen koffiebonen sterker is? Geef ook aan waarom dit zo is.
Stel, je beschouwt een koffieboon als een bol met een diameter van 1 cm.
2. Bereken het contactoppervlak van een koffieboon met het water.
3. a. Hoeveel keer groter wordt het contactoppervlak van de koffieboon als je deze in 10 stukjes maalt? Ga ervan uit dat de stukjes allemaal even groot en bolvormig zijn. Tip: het totale volume verandert niet.
b. Had je dit verschil verwacht? Licht je antwoord toe.
Vloeistoffysici, zoals de wetenschappers uit het artikel, houden zich bezig met de beweging van vloeistoffen en gassen. Ze gebruiken daarvoor vaak de wet van Bernoulli:
In deze formule is 
de druk in Pa, 
de dichtheid in kg/m3, 
de snelheid in m/s en 
de hoogte in m.
De wet van Bernoulli is een versimpelde vorm van de wet van behoud van energie. De wet houdt namelijk alleen rekening met mechanische energiesoorten (en dus geen chemische energie en warmte). Elke term beschrijft een andere energiesoort
(: druk-energie, 
: kinetische energie en 
: zwaarte-energie). De wet neemt aan dat de mechanische energiesoorten alleen maar in elkaar worden omgezet. Daarom is de wet alleen geldig onder strenge voorwaarden (homogene stromen).
Hieronder staat een schematische weergave van een portafilter, waar water onder hoge druk door de gemalen koffiebonen geperst wordt.
De gemalen koffiebonen zorgen voor een grote weerstand voor de doorstroming van het water. Dat zorgt voor heel veel wrijving en een inhomogene stroom.
4. Leg vanuit ons vakgebied uit waarom de wet van Bernoulli niet geldig is in het gedeelte waar water door de gemalen koffiebonen stroomt.
5. De wet beschrijft energie anders dan dat je gewend bent: met de eenheid J/m3.
a. Laat met een eenheidsbeschouwing zien dat de eenheid van elke term in de formule gelijk is aan J/m3.
b. Leg uit hoe je deze eenheid kunt interpreteren en leg uit waarom deze eenheid handig is voor vloeistoffysici.
Stel, er is in het mondstuk sprake van een homogene stroom.
6. a. De snelheid waarmee de koffie aan de bovenkant van het mondstuk beweegt is 0,1 m/s. Bereken de snelheid waarmee koffie uit het mondstuk komt. De dichtheid van koffie is gelijk aan de dichtheid van water
b. Leg uit waarom het logisch is dat de snelheid groter wordt wanneer de koffie het mondstuk uitvloeit. Bedenk hierbij dat de dichtheid van water niet verandert.
Wil je meer weten over onze natuurkunde methodes?
Naar website Chemie
Naar website Chemie Overal