Hoe komt het, dat water soms tegen de zwaartekracht in stroomt?

Het verschijnsel met het rietje is van heel andere aard.
Doordat je aan het rietje zuigt wordt daar de luchtdruk minder.
Aan de andere kant staat de volledige luchtdruk, en die drukt de frisdrank omhoog.

Goeie macroscopische verklaring, +.
Ik heb een microscopische verklaring toegevoegd.

Perfect antwoord, de samenwerking van adhesie- en cohesiekrachten stuwen de vloeistof naar omhoog. Net zoals een spons of klontje suiker dat je met het puntje in een vloeistof steekt. Bomen en planten hebben grotendeels dezelfde werking. De haarvaten trekken het water naar zich toe terwijl het water door zijn eigen kracht bolvormig wil blijven. Deze werking kan enkel plaatsvinden wanneer de kanaaltjes flinterdun zijn om de zwaartekracht te kunnen omzeilen.
Een plus van mij.

Mooi deskundig en begrijpbaar antwoord, jammer kan ik maar één plus geven. ;-)

Water stroomt niet vanwege luchtdrukverschillen. Binnen een capillair heerst dezelfde luchtdruk als daarbuiten. ALS een buisje al zo piepklein zou zijn dat sommige moleculen er niet meer inpassen, is water het eerste molecuul dat te groot is. De afmeting van een watermolecuul is ongeveer 150 pm. Lucht bestaat voornamelijk uit stikstof en zuurstof; de diameter van een stikstofmolecuul is zo'n 110 pm, die van een zuurstofmolecuul zo'n 120 pm. Luchtmoleculen zijn dus kleiner dan watermoleculen. Conclusie: water wordt niet opgestuwd door de luchtdruk.     Waar je het hebt over een kwikthermometer bedoel je waarschijnlijk een kwikbarometer. Die werkt met een vacuum boven de kwikkolom. Dat heeft dus niets met capillaire werking te maken.

Wat jij vertelt, wordt 'standaard' gegeven in de scheikundelessen. Ik verwijs even naar Lavoisier in de 18de (jawel) eeuw: "Lavoisier:
“Indien de aarde zou worden verplaatst naar een warmer gedeelte van ons zonnestelsel, waar de gemiddelde dagtemperatuur hoger is dan die van kokend water, zouden alle vloeistoffen en zelfs enkele metalen in gasvorm overgaan over gaan en deel uitmaken van de dampkring. Als de aarde daarentegen zou worden verplaatst naar een zeer koud gebied, bijvoorbeeld naar dat van Jupiter of Saturnus, zou het water van onze rivieren en oceanen veranderen in rotsen. De lucht of tenminste enige van de stoffen, waaruit deze bestaat, zouden niet langer onzichtbare gassen blijven, maar vloeistoffen, waarvan we tot nu toe geen voorstelling hebben, doen ontstaan.” Zie ook http://jirioen.nl/researchefiles/profiel.pdf waarin dit prachtig uitgeschreven staat. Pas een eeuw later lukt, in 1877 lukte het een gas tot vloeistof te maken. Wellicht ken je ook het 'mirakel' niet waarbij een vloeistof bij benadering van het absolute nulpunt plots vanuit de houder langs de rand omhoog kruipt en zomaar over de houder tegen de zwaartekracht in lijkt te overstromen. Dit ontdekte men al na WO II. Ook hier gaat het over aggregatietoestanden versus cohesiekrachten. Je hebt wel gelijk, dat het eenvoudig uitgelegd is en ik zou dit soort publicaties eerder in EOS krijgen dan in de echte wetenschappelijke tijdschriften omdat ik dan bijkomende labo-resultaten moet voegen, maar eigenlijk klopt de logica wel: De luchtdruk binnen een capillaire buis versus water is veranderd, doordat we eigenlijk niet over hetzelfde water spreken dat in zijn volle coherentiekracht 'gebroken' wordt, in tegenstelling tot kwik. Om technisch tegemoet te komen aan je vraag: Bij capillaire krachten spelen cohesie, adhesie EN oppervlaktespanning een rol. Maar je weet net als ik dat je via oppervlaktespanning een glas water bol kunt laten staan door er kleine naaldjes aan toe te voegen, wat ook strijdig lijkt te zijn met de zwaartekracht, maar de verhouding luchtdruk versus vloeistof over het oppervlak genomen blijft gelijk. Net zoals in het mysterie van de overlopende kolf vloeistof bij benadering van het absolute nulpunt.

Nu terug naar de essentie: De verhouding luchtdruk/water VERANDERT even in piepkleine of capillaire buisjes en het omhoog van het water (in cohesie gebroken) is de NIEUWE evenwichtstoestand met dezelfde zwaartekracht. Ook die luchtdruk lijkt overigens niet zo vlot meetbaar te zijn met instrumenten omdat de instrumenten met hun meting zelf ook die luchtdruk lijken te wijzigen. Ook blijkt bij recente proefnemingen het helemaal niet zeker te zijn dat de lucht in de capillaire buisjes dezelfde verhouding stikstof en zuurstof en vooral WATERDAMP blijft behouden. Nee, bijv. kwik heeft zoveel cohesiekracht dat het NIET opgezogen wordt en dus de zwaartekracht lijkt te blijven volgen. Maar met water lukt het wel. Water zou dan volgens jou als enige tegen de zwaartekracht ingaan, maar nee, water heeft niet zo'n grote cohesie en dus 'verandert water' als het het buisje binnenkomt. Jij beschrijft de molecule H20 in vloeistofvorm, maar die blijft niet coherent als die bij het minibuisje komt. Je veronderstelling van een molecuul lucht pal boven een onveranderde molecule water is dus gewoon compleet fout in een capillaire buis. PS: Om nog een mirakel van water aan te halen: alle vloeistoffen zijn normaal op hun minimale volume bij hun vriespunt. Water wijkt er ook weer van af en lijkt op zo'n 4 graden het kleinste volume te hebben dus in een diepe waterput is het water ook door de druk net 4 graden fris. Als ijs zet het vervolgens nog verder uit, terwijl vaste stoffen normaal ook krimpen. Eigenlijk ligt zelfs dit ook in dezelfde lijn van wat ik hierboven vertel.

Eh... ik weet niet of ik je helemaal kan volgen... Ik zal één voor één ingaan op de punten die je noemt, dat lijkt me de beste manier. Lavoisier had gelijk. Maar ik weet niet waarom je hem aanhaalt, het feit dat vloeistoffen gaan koken als ze heet worden is geheel waar, maar heeft niets met de capillaire werking te maken. Hetzelfde geldt voor het feit dat gassen condenseren en dat vloeistoffen bevriezen wanneer ze koud worden. De vloeistof die over de rand van de beker kruipt ken ik. Dat heet een Bose-Einstein-condensaat. Nog een eigenschap van zo'n BE-condensaat is dat het wrijvingsloos kan bewegen. Dus niet met heel weinig wrijving, maar met NUL wrijving. Deze verschijnselen hebben meer te maken met quantummechanica dan met cohesietoestanden. Ze treden namelijk noodzakelijkerwijs alleen op binnen vloeistoffen van bosonen; met vloeistoffen van fermionen is dit verschijnsel niet mogelijk, omdat die volgens het uitsluitingsprincipe van Pauli niet allemaal in dezelfde toestand kunnen komen. Maar ook dit heeft niets met capillaire werking te maken. De gasdruk binnen een capillaire buis is gelijk aan de gasdruk buiten die buis. Zou dat niet zo zijn, dan zou er gas de buis in of uit stromen. Dat het water in het capillair verdampt, is ook al niets bijzonders. Water in een grote pan verdampt ook. Het enige verschil is dat de waterdamp boven de pan makkelijk kan ontsnappen naar de rest van de ruimte, iets wat vanuit de lucht bovenin een capillair moeilijker gaat. Maar dat is dan ook het enige verschil. Dit verschil is trouwens te voorkomen door de pan (en het capillair) af te sluiten met een deksel; zodra je dat doet, zijn beide situaties weer gelijk. Een glas water kun je ook bol laten staan zonder naaldjes. Gewoon een kwestie van voorzichtig inschenken en niet wiebelen. Dit is geen mysterie zoals je zegt; ook het BE-condensaat is geen mysterie. Ik zeg nergens dat water als enige een capillaire werking vertoont. Er zijn meer vloeistoffen die dat doen. Kwik inderdaad niet, maar veel andere vloeistoffen dus wel. Water verandert niet in een capillaire buis. Water blijft water. Tot slot: het feit dat water zijn minimale dichtheid bereikt bij 4 °C is inderdaad bijzonder, maar ik snap niet waarom je dat noemt. Met capillaire werking heeft het niets te maken. Overigens zijn er meerdere vloeistoffen die dit gedrag vertonen, al blijven het uitzonderingen.

Ik denk toch dat je hetzelfde zegt als ik, als ik je reactie lees: "Dat het water in het capillair verdampt, is ook al niets bijzonders. " Dat is net de wijziging in de lucht en haar gasdruk (nu gebruiken we de juiste term: gasdruk, het is immers niet dezelfde lucht onder invloed van het verdampingsproces en het streven van lucht naar optimale verzadigbaarheid). Je vervolgt ook in dezelfde logica: "Water in een grote pan verdampt ook. Het enige verschil is dat de waterdamp boven de pan makkelijk kan ontsnappen naar de rest van de ruimte, iets wat vanuit de lucht bovenin een capillair moeilijker gaat. Maar dat is dan ook het enige verschil. Dit verschil is trouwens te voorkomen door de pan (en het capillair) af te sluiten met een deksel; zodra je dat doet, zijn beide situaties weer gelijk." Hier beweer je dat een snelkookpan een gelijke situatie is als een gewone kookpan, terwijl net zowel de druk en de temperatuur van het kookpunt 'gemanipuleerd' worden om de vitaminen te behouden. Als water verdampt, breng je een volledig proces op gang van uitwisseling. Dat is altijd bijzonder, en geen ceteris paribus. Neem een grote buis en je vindt slechts een minimale haarbuiswerking of kunt ze niet meer waarnemen. Maar ze is er wiskundig nog steeds. Ik citeer ook dit: ""De gasdruk binnen een capillaire buis is gelijk aan de gasdruk buiten die buis. Zou dat niet zo zijn, dan zou er gas de buis in of uit stromen." Jouw simplisme zou betekenen dat er overal op de wereld dezelfde luchtdruk moet zijn, terwijl onze dampkring toch ook één open ruimte is, niet waar? Je krijgt dus cohesieveranderingen die zelfs je molecules beïnvloeden. Je denkt te veel in vakjes, als ik mag zeggen (ik ook, maar ik geef dat op zijn minst al toe). Lees eens op http://nl.wikipedia.org/wiki/Viscositeit voor de SNELHEID van capillaire werking en je zult merken dat onze natuur WEL alles aan elkaar koppelt.

Ik heb niet voor niets de term 'gasdruk' geïntroduceerd ter vervanging van 'luchtdruk'... ;-) Goed, ik zal je punten weer één voor één behandelen. Je gaat nu ineens over op een snelkookpan. Daar was geen sprake van. We hadden het over water in een capillair, en water in een grote pan. Geen kokend water! Gewoon water op omgevingstemperatuur. Ook geen hoge druk! Gewoon de normale luchtdruk. Je voorbeeld van de snelkookpan valt dus geheel buiten de context van deze discussie, die immers gaat over capillaire werking bij normale druk en normale temperatuur. De gasdruk binnen een open buis is en blijft gelijk aan de gasdruk in de omgeving. Zou dat niet zo zijn, dan zou er een gasstroming optreden. Jouw voorbeeld van de dampkring illustreert dit. Door ongelijkmatige verwarming gecombineerd met de draaiïng van de aarde kan de druk in het gas van de dampkring van plek tot plek variëren. En zie: er ontstaat wind! Dus precies zoals ik in mijn voorbeeld aangaf, gaat er ook in de atmosfeer gas stromen zodra er ongelijkheid van druk ontstaat. Met de cohesieveranderingen die je noemt heeft dit helemaal niets te maken. Het gaat om drukveranderingen, niets meer en niets minder. Als de druk op de ene plek verschilt van de druk op een andere plek, zal er gas gaan stromen - of we het hierbij hebben over een capillair, een pan, of een atmosfeer maakt niet uit. De natuurkunde blijft immers gelijk. Overigens is het hele verhaal over luchtmoleculen die niet in een capillair zouden passen niet van toepassing. Ten eerste zijn luchtmoleculen kleiner dan watermoleculen, zoals ik in een eerdere reactie al schreef, dus ALS er iets niet in het capillair past, zijn dat de watermoleculen, en kan de lucht nog steeds in het capillair doordringen. Maar: een normaal capillair (in een plant, een boom, een dier) heeft een diameter in de orde van grootte van zo'n 20 µm. Nemen we een watermolecuul van 150 pm als maatstaf, dan passen er dus meer dan 133 DUIZEND watermoleculen naast elkaar in het capillair. Hieruit moge duidelijk zijn dat je hele verhaal over "moleculen die niet in het capillair passen" sowieso niet van toepassing is, nog afgezien van het feit dat watermoleculen groter zijn dan luchtmoleculen. Zo komen we dus weer terug bij het beginpunt: capillaire werking ontstaat niet door luchtdruk (en ook niet door gasdruk), maar door een combinatie van adhesie en de oppervlaktespanning van water (hetgeen met cohesie te maken heeft).

Ja, op dat vlak ben ik een warhoofd voor buitenstaanders. Maar Borsato volg ik wel als hij zingt "Ieder einde is een nieuw begin" ofte elk slotje is een sleutel op een klein kamertje en leidt ten slotte (hihi) naar het volgende... Terechte opmerking, ik heb geen groot ego en hou van dit soort humor. Maar als ik achteruit ga, is het meestal enkel om een aanloop te nemen (niet om het verleden 'op te kuisen' of 'op te sluiten met een slotje' maar wel om het sneller af te sluiten, ajajaj, sorry, de poeet en taalrebel in mij komt erg snel boven; ben een klasgenoot van Bart Moeyaert, weet je, en we speelden dit soort taalspelletjes al van kleinsaf in Brugge met enkel de Damse Vaart of officieel het Napoleonkanaal soms tussen ons).

Nu op het vorige, want dat wordt leuk (voor ons, niet voor derden, vrees ik). Ik citeer: "Maar: een normaal capillair (in een plant, een boom, een dier) heeft een diameter in de orde van grootte van zo’n 20 µm. Nemen we een watermolecuul van 150 pm als maatstaf, dan passen er dus meer dan 133 DUIZEND watermoleculen naast elkaar in het capillair." Leuk, we kiezen concreet een boom en ik verwijs ook naar http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/182136-water-maximaal-10m-op-te-voerena/ Laatst werd er de wetenschappelijke uitspraak vop de korrel werd genomen dat in een hoge boom tot 5 bar (oude termen) minder luchtdruk kon zitten dan in de lucht, om via de capillaire kracht het water zo hoog te krijgen. De repliek was natuurlijk dat dit NIET kon, want er is maar 1 bar luchtdruk, dus kun je niet naar minus 5 gaan. En net daarom voormelde verwijzing dat je lucht maar een aantal meter maximaal kunt opzuigen ('persen' kan hoger, wordt daar toegelicht). Bij water onder lucht is er continu werking qua temperatuur, luchtdruk en alles is niet zo statisch als jij voorstelt met 133.000 moleculen naast elkaar. Als die 133.000 moleculen in open water zitten, profiteren ze van de 133.000.000.000 moleculen die er naast zitten, net zoals de zon door zijn massa heel de aarde rondom haar laat draaien (onvoorstelbaar overigens) en de aarde door zijn masse zowel het water als onze dampkring op ons houdt. Simpel gezegd, betekent 1 bar dat er per vierkante meter meer dan 10.000.000 gram luchtkolom boven het water zit. Als die 133.000 moleculen afgescheiden worden door een capillair buisje, verliezen ze die cohesie en ontstaat meteen een werking met de buiswand en daar hebben we het over adhesie en cohesie, maar meteen ook over luchtdrukwijzigingen door temperatuurverschillen zoals de wind in de atmosfeer. Het WC-papier bestaat uit buisjes en de moleculen die in de wand trekken, ontnemen moleculaire druk aan de 'afgezonderde 133.000 moleculen, wat bitter weinig is als je wat gevoel voor grootheden hebt (denk aan 133.000 zandkorreltjes IN water en wat je daarvan nog merkt na 1 minuut). Zelfs bij de gelijke luchtdruk van 1 bar, is de oppervlaktespanning gebroken in tegenstelling tot kwik die door soortelijk gewicht slechts bij een veel hogere luchtdruk en andere buisjes OOK een capillaire aberratie zou vertonen. Ja dus, je absolute luchtdruk blijft gelijk.
Nee, de relatieve luchtdruk versus het 'ge-de-coheseerde' water is gedaald.

Zoals intussen gebruikelijk heb ik moeite je te volgen. Ik krijg de indruk dat je de basis van de natuurkunde aan het herschrijven bent. De site die je noemt komt er feitelijk op neer dat een boom het wtaer tot hooguit zo'n tien meter hoogte zou kunnen krijgen ALS de boom alleen vanaf de bovenkant zou zuigen. Er zijn echter bomen van meer dan tien meter hoog. Hieruit kunnen we concluderen dat de boom meer doet dan enkel vanaf de bovenkant water opzuigen. Wat de boom extra doet? Twee dingen. Ten eerste: persen vanaf de onderkant. Ten tweede: capillaire werking. Jouw vierde alinea beschrijft hoe watermoleculen aan de rand van het water adhesie ondervinden in plaats van cohesie. Dat is niets nieuws. Dit gebeurt zowel in de pan water als in het capillaire buisje. Het enige verschil is het *percentage* watermoleculen waarvoor cohesie wordt vervangen door adhesie. Die verschil in percentage verklaart waarom het water meer stijgt in het capillaire buisje dan in de grote pan. Met luchtdruk heeft dit alles niets te maken. Kortom, je roert een aantal punten aan waarvan ik niet begrijp wat je ermee wilt zeggen. Ergens schijn je zo je heel eigen ideeën te hebben over hoe de natuurkunde van water in een buisje werkt. Maar meer dan dit begrijp ik er nog niet van.

Als je mij niet gelooft, lees eens de originele https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action in het Engels en rubriek Plants en trees. Ik citeer: "The capillary action is enhanced in trees by branching, evaporation at the leaves creating depressurization, and probably by osmotic pressure added at the roots and possibly at other locations inside the plant, especially when gathering humidity with air roots." Als wetenschapper MOET je afstappen van je vooringenomenheid dat je kennis juist is, en zeker in afwijkende omstandigheden (psychologische kennis over selectieve waarneming). Zelfs op wikipedia staat héél correct (geredigeerd door de controllers overigens!!) "and possibly at other locations". Je zegt dat de luchtdruk overal gelijk is, maar dan vind ik de vraagsteller een stuk knapper omdat die moeite heeft om de zwaartekrachtwerking in vraag te stellen. Luchtdruk is nergens gelijk, zelfs in een gesloten omgeving met gelijke temperatuur maar met een vloeistof onderaan en een gas erboven, is er continu wisselwerking. Let ook op het prentje op Wikipedia waar men de luchtdruk bovenaan BUITEN beschouwing laat. Men heeft al in testen drukgevoelige bacteriën in de buisjes gebracht en ze reageerden SNELLER dan in het gewone water ernaast, wat volgens hen bewijst dat er luchtdrukreacties zijn in het proces bij de capillaire werking. Elk van ons moet zijn eigen ideeën hebben over hoe water in een buisje werkt, maar ik denk dat je simpel kunt stellen dat water ZELF niet werkt in een buisje, maar er niveau verschillen ontstaan uit luchtdrukverschillen. Wat op het eerste gezicht onlogisch lijkt, is bij nader onderzoek bijna altijd wèl logisch. Het toiletpapier in een WC veroorzaakt convectiestromingen, er zit een koudere wand rond die ook convectiestromingen veroorzaakt, en als je een stroming hebt van zoveel mm per seconde, dan krijg je een gigantisch effect van stroming op je 133.000 moleculen, en nee, niet alleen van het water, maar ook van de luchtmoleculen. Maar als je mij een luchtdrukmeter bezorgt van die afmeting, wil ik graag bewijzen dat wat ik logisch denk, fout zou zijn, en dat jouw onlogica zich zou beperken tot een 'onverklaarbare capillaire werking'.

Ik voegde de kerntekening bij bij het antwoord, zodat je ziet dat capillaire werking ALTIJD plaatsvindt, ook bij kwik, maar dan in min. Het blijft één groot compenserend geheel tussen vloeistof, gas waarbij alles elkaar beïnvloedt: luchtdruk, temperatuur, hoogte van vloeistof, adhesie, cohesie, plakken aan wanden omhoog of omlaag van buisjes (binnen- en buitenkant). Ceteris paribus bestaat in zekere zin niet. Zelfs een luchtdruk van 1 bar is een fractie later terug 0,9999999999999998 en wat later weer 1,000000000000000000003

Wikipedia zegt dat er in de basis een capillaire werking is. Als toevoeging daarop is er ook verdamping in de bladeren, pompen vanuit de wortels, en nog zo wat. Dat betekent alleen maar dat de situatie in een boom meer omvat dan alleen de capillaire werking. Het betekent niet dat de capillaire werking zelf ineens anders zou functioneren. Je opmerking over luchtdruk begrijp ik niet. Ik vermoed dat je bedoelt dat de luchtdruk op moleculair niveau niet is gedefinieerd, omdat de moleculen een soort bolletjes zijn die continu heen en weer stuiteren en die daarbij wat kleverig zijn. Dit terwijl luchtdruk slechts op macroscopisch niveau is gedefinieerd, als de tijd- en plaatsgemiddelde kracht die al die stuiterende bolletjes uitoefenen. Merk overigens op dat de luchtdruk alleen van toepassing is in een open capillair. Daar staat de lucht in het bovenste deel van het capillair in direct contact met de omgevingslucht, en zal dus ook de luchtdruk in het capillair even groot zijn als de druk van de omgevingslucht. In een boom is er wel sprake van capillairen, maar die staan niet in direct contact met de omgevingslucht. De capillairen van de boom zijn zowel aan de onderkant als aan de bovenkant afgesloten van de lucht.

Inderdaad, termen zijn soms specifiek aan een macro of micro-context. In het topic van die boom van -9 bar, kon ik pas de gemoederen bedaren door te stellen dat er een relatief verschil was van bijv. -0,5 bar (minus) dat echter telkenmale weer opgebouwd en afgebouwd wordt. Nu begrijp ik ons misverstand 'in terminis', want jij bedoelt dat de luchtdruk in de plooitjes tegen het glas ook gelijk zou moeten zijn, terwijl ik de luchtdruk als component beschouw samen met het niveau van het water terwijl ik daar de zijdelingse adhesiekracht van het glas of de capillaire buisjes bij betrek en die soms samen geeft de vorm weer van de moleculaire som van de waterdeeltjes in dat specifieke uiterst kleine deeltje. Nu begrijp ik je gemakkelijker, maar het kostte mij ook moeite (en daarom is het mooier ook zo af te sluiten). Aan de grenzen zijn er geen grenzen meer... ;-)> (= glimknipogend gezichtje met een baard zoals het mijne)