Veel leraren in de natuurwetenschappen geven een demonstratie waarbij ze verzegelde blikken cola en cola light onderdompelen in een watertank. Het blikje cola zinkt onmiddellijk, terwijl het blikje cola light drijft. Sommige instructeurs hebben deze demonstratie aangepast als een experiment om studenten de principes van dichtheid en drijfvermogen te leren. De experimenten stellen studenten in staat om metingen uit te voeren zodat ze een wetenschappelijke verklaring kunnen bedenken voor het waargenomen gedrag.
Dichtheid
Dichtheid vertegenwoordigt de relatie tussen de massa van een stof en de hoeveelheid ruimte die het inneemt, dwz het volume. Wetenschappers drukken normaal de dichtheid uit in metrische eenheden van gram per milliliter of g / ml. Zuiver water vertoont een dichtheid van 1, 00 g / ml. De meeste andere vloeistoffen vertonen dichtheden tussen 0, 8 en 1, 3 g / ml.
Samenstelling van cola
Coca Cola bestaat voornamelijk uit water. Maar het bevat ook 39 g suikers, voornamelijk in de vorm van high-fructose glucosestroop of HFCS. De HFCS die door Coca-Cola en de meeste andere frisdrankfabrikanten wordt gebruikt, vertoont een relatieve zoetheid van 160 vergeleken met de basis zoetheid van 100 die wordt vertoond door sucrose of tafelsuiker. Deze relatieve schaal weerspiegelt waargenomen zoetheid, wat betekent dat HFCS letterlijk 1, 6 keer zoeter smaakt dan een gelijke hoeveelheid sucrose. Dientengevolge heeft een met HFCS gezoete drank minder zoetstof nodig om het gewenste niveau van zoetheid te bereiken dan een drank gezoet met sucrose.
Samenstelling van cola light
Cola light bevat een kunstmatige zoetstof: aspartaam. Aspartaam vertoont een waargenomen zoetheid van 180 keer die van suiker. Of, voor een meer directe vergelijking, vertoont aspartaam een zoetheid die 113 keer groter is dan maïssiroop met een hoge fructose. Als gevolg hiervan heeft cola light slechts 0, 35 gram aspartaam nodig om hetzelfde niveau van zoetheid te bereiken als de 39 g HFCS in cola.
drijfvermogen
Of een object zinkt of drijft, is afhankelijk van het drijfvermogen. Een in water geplaatst object oefent een neerwaartse kracht uit op het water. Het water duwt echter terug. Het principe van Archimedes stelt dat de drijvende kracht die door water of een andere vloeistof op een object wordt uitgeoefend, gelijk is aan het gewicht van het door het object verplaatste water. Als het gewicht van verplaatst water het gewicht van het object overschrijdt, zweeft het object. Anders zinkt het. Dit verklaart gedeeltelijk waarom metalen schepen drijven. Het verklaart ook waarom het blikje cola light zinkt. Omdat de twee blikken identieke vormen en afmetingen vertonen, verplaatsen ze gelijke hoeveelheden water wanneer ze worden ondergedompeld. Maar het feit dat het blikje cola zinkt betekent dat het meer moet wegen dan de hoeveelheid water die het verplaatst, terwijl het blikje cola light minder weegt.
Wiskundige uitleg
Zowel de cola light als de colablikjes bevatten 12 vloeibare oz. Of 355 milliliter vloeistof. Beide dranken bestaan hoofdzakelijk uit water. Het primaire verschil ligt in de zoetstof. Cola bevat ongeveer 325 ml water, met een dichtheid van 1, 0 g / ml en 39 g suiker. De inhoud van het blik weegt daarom 325 g + 39 g = 364 g. Het blikje cola light bevat echter slechts 0, 3 g aspartaam. Het bestaat daarom bijna volledig uit water en de inhoud van het blik weegt daarom ongeveer 355 g. Dit verschil in gewicht maakt het blikje cola light voldoende drijvend om te drijven. In termen van dichtheid is de dichtheid van cola light ongeveer 1, 00 g / ml, hetzelfde als water. De cola vertoont echter een dichtheid van 1, 03 g / ml.
