Wist je dat je op zonlicht kan zeilen? Dat Venus schaduwen werpt op het aardoppervlak? En dat astronauten soms lichtflitsen zien, wanneer kosmische deeltjes door hun oogbal razen en daar de lichtvariant van een ‘supersone knal’ veroorzaken?
De bovenstaande video van wetenschaps-YouTuber VSauce zit boordevol met dit soort ongelofelijke feitjes. De titel van de video is ‘how much does a shadow weigh’, maar al snel dwaalt gastheer Michael Stevens af naar allerlei interessante aspecten van licht. Dat komt de rode draad misschien niet ten goede, maar het zorgt er wel voor dat je constant verbaasd naar je scherm zit te staren. De video is daardoor je tijd meer dan waard.
Werp in april een blik op de diepe ruimte
Sterrenkundejournalist Govert S ...
Het enige nadeel is dat Stevens de oorspronkelijke vraag nooit echt beantwoordt. Hoeveel weegt een schaduw? Of eigenlijk is een betere vraag: hoeveel minder weegt het gebiedje waar een schaduw is, vergeleken met zijn zonnige omgeving? Stevens legt uit dat licht op een object botst, waardoor het licht het object een klein beetje naar beneden duwt. Op een klein oppervlak is dat effect niet groot, maar voor een ‘object’ als de stad Chicago betekent het dat de stad op een zonnige dag 140 kilogram meer weegt dan normaal.
Allemaal leuk en aardig, maar een eenduidig antwoord krijgen we niet van Stevens. Na afloop van de video vroeg ik me nog steeds af hoeveel mijn schaduw weegt. Voor de geïnteresseerden, hieronder mijn back of the envelope berekening:
De stralingsdruk op een oppervlak is gelijk aan de intensiteit van het zonlicht gedeeld door de lichtsnelheid. Nu is de intensiteit van het zonlicht op het aardoppervlak niet altijd gelijk, maar op een gemiddeld zonnige dag mogen we uitgaan van 1357 W/m2. Gedeeld door de lichtsnelheid (3×108 m/s) levert dat een stralingsdruk van 4,6 micropascal, ofwel 4,6 x 10-6 Newton per vierkante meter. Daarbij neem ik aan dat al het zonlicht door de aarde wordt geabsorbeerd (als alles zou reflecteren is de druk twee keer zo groot).
Als ik vlak voor een muur sta, is mijn schaduw ongeveer net zo groot als ik: 1,70 meter groot, en gemiddeld zo’n 30 centimeter breed (toegegeven, bij de heupen wat breder, maar m’n enkels zijn dan weer een stuk smaller). Aangenomen dat ik een plankvorm heb, heeft mijn lijf en dus mijn schaduw een oppervlakte van 1,70 x 0,30 = 0,51 m2.
Als het zonlicht wél op mijn schaduwoppervlak duwt, levert dat de volgende kracht op:
F = p x A = 4,6 x 10-6 x 0,51 = 0,000002346 Newton.
Als ik met die kracht op een weegschaal zou duwen, komt dat overeen met een massa van:
m = F/g = 0,000002346 / 9,81 = 0,0000002391 kilogram.
Kortom, zonder mijn schaduw zou het zijn alsof een massa van 0,0000002391 kilogram meer op de aarde duwt. In plaats daarvan rust dat gewicht nu allemaal op mijn schouders! De volgende keer dat ik op de weegschaal sta, ga ik er dus maar vanuit dat het een hele zonnige dag is.