Ons leesboek

[p. 41]

Arbeidsvermogen.

Warmte en licht.

Wij weten dat de stof of materie, waaruit alle dingen bestaan, onvernietigbaar is (zie opstellen over Onvergankelijkheid, De Planten, De Stoommachine, enz.)

Zo is ook de beweging der lichamen of de arbeid die zij verrichten onvernietigbaar.

Menschen en dieren bezitten arbeidsvermogen, dat is, vermogen om arbeid te verrichten: zij kunnen iets dragen, trekken, gooien, enz. Maar ook levenloze dingen kunnen arbeidsvermogen bezitten: een stoommachine kan grote kracht uitoefenen, een kanon kan een kogel wegslingeren, een gespannen veer kan een uurwerk laten lopen, het water drijft een molen-rad, enz.

Een lichaam, dat zó in beweging is, bezit arbeidsvermogen van beweging. De kanonskogel kan bij voorbeeld de weerstand van een muur overwinnen en hem omverwerpen. Hoe zwaarder het bewegende lichaam is en hoe sneller de beweging, des te groter het arbeidsvermogen van beweging.

Een lichaam kan ook arbeidsvermogen van plaats bezitten, dat, is, het kan zó geplaatst zijn, dat het dadelijk een of andere kracht kan uitoefenen. Een klip boven op een berg kan afrollen en een huis omver gooien; dan is het arbeidsvermogen van plaats dadelijk veranderd in arbeidsvermogen van beweging. Als ik een klip opgooi in de lucht, dan gaat het arbeidsvermogen van mijn arm over op de klip; als de klip niet hoger gaat in de lucht, houdt dat arbeidsvermogen van beweging op, maar dan is dat veranderd in arbeidsvermogen van plaats, want de klip is nu hoog en kan in zijn val een arbeid of kracht uitoefenen; dit arbeidsvermogen van plaats wordt dadelijk weer veranderd in arbeidsvermogen van beweging, zodra de klip weer begint te vallen naar de aarde terug. Nu is het bekend, dat een klip met dezelfde snelheid valt als waarmee hij opgegooid wordt, dus zal de klip bij zijn val nog dezelfde hoeveelheid arbeidsvermogen van beweging

[p. 42]

bezitten als toen ik hem opgooide. De gespannen rekker van een vogelschieter bezit arbeidsvermogen van plaats. Zodra ik het leertje loslaat met het steentje er in, dan verliest de rekker zijn spanning, maar die verloren spanning is op het steentje overgegaan in evenveel arbeidsvermogen van beweging.

Wij kunnen nog veel meer proeven nemen, en het zal uit de proeven blijken, dat arbeidsvermogen van beweging wel omgezet kan worden in arbeidsvermogen van plaats, of omgekeerd. Men zal ook zien, dat arbeidsvermogen van het ene lichaam wel op het andere overgebracht kan worden; doch nooit of nimmer zal men ondervinden dat, bij die overgangen of verandering van arbeidsvermogen, de minste hoeveelheid arbeidsvermogen verloren gaat of er bij komt. Evenmin als de minste hoeveelheid arbeidsvermogen vernietigd kan worden, evenmin kan het uit niets voortgebracht worden. Deze natuurwet wordt genoemd: de wet van het behoud van arbeidsvermogen.

Alle werktuigen en machines, hoe eenvoudig of samengesteld zij ook al zijn, kunnen ons alleen dienen om arbeidsvermogen om te zetten, te veranderen; er is geen werktuig dat de minste hoeveelheid arbeidsvermogen kan scheppen. Daarom zal men geen werktuig kunnen maken dat zijn arbeid uit zichzelf voortbrengt.

Wanneer het dan waar is, dat arbeidsvermogen niet verloren gaat, wat wordt dan van het arbeidsvermogen, wanneer de opgeworpen klip op de aarde is gevallen en daar blijft liggen? Waar blijft het arbeidsvermogen dat door de arm aan een hamer is medegedeeld en een einde schijnt te nemen, wanneer de hamer op een voorwerp is neergekomen? Al wat wij merken is, dat de voorwerpen warm worden, waaraan zo, met een schok, hun arbeidsvermogen van beweging ontnomen wordt: de hamer en het voorwerp waarop wij hameren worden warm, de kogel welke wij tegen een klip schieten wordt zó warm, dat hij zelfs een licht-straal uitschiet.

Maar voorwerpen worden ook warm, wanneer zij slechts

[p. 43]

door wrijving gehinderd worden in hunne vrije beweging: - wanneer wij een metalen knoop of een geldstuk tegen een plank snel heen en weer wrijven, dan wordt dit voorwerp warm; wanneer wij hout zagen wordt de zaag warm; ook wordt warmte voortgebracht bij het boren van gaten, het slypen van messen; wagenassen die niet goed gesmeerd zijn worden warm; en wij weten van Kaffers die vuur maken door wrijving of draaiïng van stukjes hout op elkaar. Wij vinden dus, in het algemeen, dat warmte ontstaat overal waar de beweging van enig voorwerp belemmerd of gestopt wordt. Het arbeidsvermogen van beweging is dus in warmte veranderd. Maar wat is warmte?

In ons opstel over de ‘samenstelling der lichamen’ hebben wij gezien hoe de lichamen opgebouwd zijn uit zeer kleine deeltjes die men de naam gegeven heeft van ‘moleculen.’ Door tal van bewijzen meent men te kunnen aantonen, dat wat door ons als warmte gevoeld wordt, niets anders kan zijn dan een meer of minder snelle beweging van de moleculen zelve. Groter warmte in een lichaam ontstaat dus door sneller heen en weer bewegen van zijne moleculen. Warmte is dus eigenlijk nog arbeidsvermogen van beweging, maar nu niet meer van het lichaam als een geheel, doch van de moleculen waaruit het lichaam opgebouwd is.

En dit arbeidsvermogen van al deze kleine moleculen tezamen genomen is weer even groot als het arbeidsvermogen dat het lichaam als een geheel verloren heeft, door gestopt te worden in zijn val, door wrijving of door belemmering van enige aard. De warmte zal dus geringer zijn naarmate de schok of belemmering der beweging geringer was. Elke voetstap op de grond brengt warmte voort, doch in te geringe mate om door ons opgemerkt te worden.

Maar wanneer nu bij voorbeeld twee loden kogels met geweld tegen elkaar gebotst en zeer warm geworden zijn, dan koelen zij toch langzamerhand af; waar blijft dan de warmte? Deze warmte straalt uit, dat wil zeggen, deze beweging van de moleculen der loden kogels deelt zich mee

[p. 44]

aan de lucht-moleculen en grond-moleculen waarmee de kogels in aanraking komen; en hoe deze warmte zich ook al verdeelt, en hoe gering haar werking betrekkelijk ook zijn mag, zij is zuiver naar de maat van de kracht die de kogels tegen elkander dreef, en zij vervult haar verdere bestemming zonder dat iets verloren gaat.

Wanneer men bij water een weinig sterk zwavelzuur giet, dan wordt dit mengsel warm. Een mengsel van ongebluschte kalk en water wordt ook warm, enz. Bij zulk een vermenging van zekere stoffen ontstaat wat men noemt een scheikundige werking, dat is, sterke beweging onder de atomen, die uit het oude verband gerukt worden, zich in andere verhouding schikken tot nieuwe moleculen en dus tot een ander lichaam of lichamen.

Wanneer hout (of iets anders) verbrandt, dan is dit niets anders dan een scheikundige verbinding van de hout-deeltjes met de zuurstof-deeltjes van de lucht, en ook daarhij ontstaat een grote hoeveelheid warmte (Zie het opstel over de ‘samenstelling der lichamen’).

Ook de warmte-ontwikkeling in het menschelijk en dierlijk lichaam is een gevolg van langzame verbranding of oxydatie (Zie het opstel over ‘Ons Lichaam’). Deze scheikundige warmte wordt door ons voedsel en onze ademhaling opgewekt en onderhouden en wordt door ons lichaam omgezet in arbeidsvermogen van beweging, niet alleen voor onze ledematen, maar voor alle organen (spijsvertering, bloedsomloop, hersen-arbeid, enz.) Iedereen weet bijvoorbeeld dat bij grote koude onze vingers de dienst beginnen te weigeren.

Wanneer het lichaam te koud wordt, brengen wij de scheikundige warmte ook van buiten aan door bij het vuur te gaan staan.

Ook bij de stoom-machine zetten wij de scheikundige warmte om in arbeidsvermogen van beweging.

Wanneer een of ander voorwerp gloeiend warm is, dan verspreidt het warmte naar alle kanten. Wij noemen dit uitstraling van warmte. Daarvan is de zon voor onze aarde

[p. 45]

de voornaamste bron. Door proeven kan gemakkelijk aangetoond worden, dat deze uitstraling zich even goed of nog beter voortplant door een ruimte waaruit alle lucht verwijderd is. Maar wij weten, dat warmte niets anders is dan een snelle beweging van de moleculen waaruit een lichaam bestaat. Hoe kan deze beweging of warmte nu van het gloeiende lichaam (bijvoorbeeld de zon) worden overgebracht door een ruimte die totaal ledig is, waar zich niets bevindt? Dit kan niet, zeggen de natuurkundigen, en daarom nemen zij aan, dat er eene uiterst fijne en veerkrachtige stof bestaat welke de hele wereld-ruimte opvult, ook boven de luchtlaag van de aarde en overal waar geen lucht meer aanwezig is. Deze stof hebben zij de naam van Ether gegeven. Zij nemen ook aan, dat deze ether de ruimten opvult tusschen de moleculen van alle lichamen, dus ook van de lucht. Men moet echter wel verstaan, dat het bestaan van ether niet rechtstreeks bewezen kan worden. (Om het geluid tot ons oor te dragen is de lucht nodig, en wat wij geluid noemen is ook niets anders dan een indringen in ons oor van lucht-trillingen, van bewegingen der lucht-moleculen. Dit wordt gemakkelijk bewezen door bij voorbeeld een electrische bel te laten werken in een dichtgesloten pot waaruit de lucht weggepompt is; want dan horen wij niets van de bel). Die ether nu heeft de eigenschap om niet zelf verwarmd te worden, wanneer zij in aanraking komt met een gloeiend lichaam: zij neemt de geweldige moleculen-beweging van het gloeiende lichaam alleen als beweging over, en deze beweging wordt met grote snelheid in alle richtingen door de ether-moleculen voortgeplant. In het geval van de zon, bij voorbeeld, worden de ether-trillingen ook snel voortgeplant in de richting van de aarde. Bij de luchtlaag van de aarde aankomende, slaan de ether-trillingen tegen de lucht-moleculen en delen daaraan ook een versnelde beweging mede; maar in de lucht geeft zo een versnelde moleculenbeweging wèl de indruk van warmte, en dezelfde verwarming ondervindt ook de grond. Slechts een derde

[p. 46]

deel omtrent van de zonne-warmte bereikt de grond, daar het overige door de lucht wordt opgenomen. Wij weten hoe deze zonne-warmte op aarde onmisbaar is voor alle leven, dat is, voor alle arbeidsvermogen van levende wezens.

Wij hebben nu gezien waaraan een gevoel van warmte toe te schrijven is; maar hoe komt het dat wij nu ook een indruk van licht ontvangen? Een gloeiend-warm voorwerp straalt licht uit, dus moet ook het licht in verband staan met moleculen-bewegingen. Dat is ook zo: de vermelde ether-trillingen, door een gloeiend lichaam teweeggebracht, delen aan de lucht en aan ons lichaam warmte mee, doch wanneer zij ons oog treffen, dan maken zij daarop ook nog een indruk van andere geaardheid die wij licht noemen.

Een geluid hooren wij alleen, wanneer de lucht-trillingen die ons oor bereiken een zekere snelheid hebben, met andere woorden, wanneer de lucht-trillingen een zeker bedrag per seconde bereiken. Wordt daarentegen het aantal trillingen te groot, dan horen wij ook niets meer. Zo is er ook een onderste en een bovenste grens voor het aantal ether-trillingen die door het oog als licht kunnen worden waargenomen. Uit de onderzoekingen van vele natuurkundigen is zo gebleken, dat licht-verschijnselen werkelijk als bewegings-verschijnselen behoren te worden opgevat, en dat niet minder dan 435 billioen ether-trillingen in de seconde nodig zijn om ons oog een indruk van licht te geven, terwijl 765 billioen trillingen ten meer) niet meer door ons oog als licht worden waargenomen, - de voorwerpen die zoveel trillingen per seconde voortbrengen zijn dus voor ons onzichtbaar.

De ether-trillingen hebben op alle voorwerpen niet gelijke invloed; wij weten bij voorbeeld dat een stuk ijzer in de zon veel warmer wordt dan een stuk hout. Zo zullen de ether-trillingen ook verschillende lichtverschijnselen teweegbrengen bij verschillende stoffen. De zon zendt bij voorbeeld ether-trillingen uit naar een stof die op een bepaalde wijze samengesteld is; de moleculen daarvan raken met zekere snelheid in beweging en delen deze beweging weer mee

[p. 47]

aan de ether (door terugkaatsing). Deze teruggekaatste trilling bereikt ons oog met een snelheid die ons de indruk geeft (bij voorbeeld) van een rode kleur. Een andere stof wordt door hetzelfde zonlicht getroffen, doch is zo samengesteld dat zijne moleculen in snellere beweging geraken dan van eerstgenoemde stof, - een snellere teruggekaatste trilling bereikt dus ons oog, en vertoont zich daar als blauw. Men drukt dit ook uit door te zeggen, dat b.v. een rode stof al de andere lichtstralen opslorpt en alleen de rode stralen terugkaatst. Het is ook gemakkelijk te bewijzen dat stoffen van verschillende kleur (verschillende kleurstoffen) meer of minder warmte veroorzaken.