Een raadselachtig kille wind in de douche

Alledaagse Wetenschap

Wekelijks stuit in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.

Deze week: de vreemde luchtstromingen rond de douchestraalt.

Foto’s Getty Images

De Duitse organisatie die het Franse vakantiehuis beheert dat hier al eerder ter sprake kwam had de ophanghaak voor de douchekop laten weghalen. Dan zou er korter gedoucht worden, had de organisatie bedacht, en hoefde het douchewater niet zo warm te zijn. De planeet zou er wél bij varen. Ook verderop in het huisje ontbrak het niet aan adviezen voor een umweltfreundlich verblijf.

De Hollander die een wall-mounted douchekop gewend was kon niet direct uit de voeten met de handheld uitvoering, maar gaandeweg leerde hij de kop tijdens het inzepen onder de oksel en dan weer tussen de dijen te klemmen. Omdat hij tegelijk rekening moest houden met de glibberigheid van het ligbad en de onvoorspelbare werking van de stuurknuppel waarmee Fransen hun mengkranen bedienen kon hij niet altijd voorkomen dat de douchekop zijn water diep de diepe wasgelegenheid in spoot. Het smalle douchegordijn was meer pro forma aangebracht.

Franse installateur

Daarbij kwam het slecht uit dat de Franse installateur tegen alle planeetvriendelijke bedoelingen in een douchekop had gemonteerd die een ongekend krachtige straal water produceerde. Het geval sloeg je bijna uit handen als je de stuurknuppel verkeerd bediende.

Anderzijds was het weer allemachtig interessant dat de douchekop een luchtstroom opwekte die recht in je gezicht blies als je het water juist van je af spoot, bij voorbeeld als je vantussen de dijen op de badbodem mikte. Een raadselachtige kille wind. Over die luchtstroom gaat het vandaag.

In de meeste beschouwingen over luchtbewegingen in de douchecel wordt aangenomen dat de luchtmassa rond de waterstraal wordt meegetrokken door het vallende water, daarin vervolgens wordt opgenomen (‘entrainment’) en dan verder met het water mee naar beneden trekt. Dat is ook precies wat gevoel en intuïtie influisteren.

Maar je vindt de genoemde beschouwingen niet in diep-wetenschappelijke literatuur. De meeste hebben een functie in de verklaring van het zogenoemde douchegordijn-effect, het wonderlijke verschijnsel dat het plastic gordijn van een (ouderwetse) douchecel naar de bader toe beweegt zodra die de douche aanzet. De lezer kan zich ter zake laten bijpraten door Wikipedia (shower-curtain effect).

De Amerikaanse fysicus Jearl Walker was een van de eersten die het douchegordijn-effect probeerde te verklaren. Hij bracht douches in werking in een douchecel en boven een ligbad en onderzocht de opgewekte luchtstromingen met behulp van een brandende kaars. In Scientific American van juni 1988 schreef hij er een heel verhaal over. Zijn bevindingen en conclusies zijn nooit in een serieuzer blad terecht gekomen en waarom hij zich behielp met een kaarsvlam, die zelf een luchtstroom opwekt, is een raadsel. Gebruik van sigarettenrook vond hij misschien onethisch.

Gewoon op de computer

De Amerikaanse fysicus David Schmidt vermeed zowel vuur als rook en modelleerde het gedrag van de lucht rond een douchestraal gewoon op de computer. Zo meende hij te ontdekken dat de met de waterstroom meebewegende lucht een eindje verderop in de virtuele douchecel een luchtwervel, een vortex, opwekte die het douchegordijn in beweging bracht. Ook Schmidts werk is, voor zover bekend, nooit ‘peer reviewed’ gepubliceerd. Wel kreeg hij er in 2001 de Ig Nobelprijs voor maar dat was omdat het leuk bedacht was. ‘Iedereen kan zelf met sigarettenrook vaststellen dat mijn theorie correct is’, heeft Schmidt geroepen. Maar op internet zijn tot op heden geen foto’s of video’s met vortex-bewijs te vinden.

Wel ‘peer reviewed’ is een onlangs in Water Research verschenen Chinese studie die het gedrag van het water onder de douchekop modelleerde volgens de regels van de vloeistofdynamica. Langs die weg hopen de onderzoekers een zwaar waterbesparende douchekop te ontwerpen die de gebruiker toch een prettige douche-ervaring geeft. Daarvoor moet de straal voldoende ‘kracht’ hebben en ook redelijk, maar niet te veel, uitwaaieren.

Berekeningen à la Bartjens

De vloeistofdynamische buitenstaander kon de Chinese beschouwingen niet zomaar volgen. Maar het trof hem aangenaam dat de uitkomsten van het werk praktisch overeen kwamen met berekeningen à la Bartjens in een Japanse studie: als een douchekop die 8 liter water per minuut levert is voorzien van 47 even grote gaatjes met een diameter van 0,8 mm dan spuiten daar straaltjes water uit met een snelheid van 5,6 meter per seconde, weinig minder dan die van regendruppels in terminale snelheid (9 m/s). Vreemd is dat de Chinese onderzoekers niet in aanmerking namen dat de 47 individuele douchestraaltjes al een paar centimeter onder de douchekop opbreken in druppeltjes. Die hebben natuurlijk een heel eigen dynamiek.

Vandaag is van belang dat de onderzoekers er in hun modellering vanuit gaan dat de lucht binnen en buiten de douchestraal stil staat – heel anders dan Schmidt en Walker veronderstelden. De aanname is dat de waterstraaltjes wel wrijving ondervinden van de lucht, maar dat de lucht daar zelf niet van in beweging raakt. Het klinkt eigenaardig maar dat is per slot ook wat je bij een gewone regenbui waarneemt. Al kan en zal er, menen KNMI-onderzoekers na enig overleg, wel een beetje lucht meebewegen met de druppels van een stevige regenbui.

Zo werd het tijd voor onderzoek aan de eigen douchekop die voor de gelegenheid in handheld toestand werd gebracht en koud water kreeg te verwerken. De brandende kaars reageerde hoegenaamd niet op het watergekletter, tot je hem in de straal zelf bracht. Verrassender was dat de dikke wolk sigarettenrook die een lieftallige assistente hoestend in de douchestraal blies nauwelijks in beweging kwam. Beetje naar boven, beetje naar beneden, naar links en naar rechts. Meer was het niet. Ook midden in de waterstraal bleef de rook gewoon hangen. Wat daar in dat Frans-Duitse vakantiehuisje zoveel tegenwind opwekte blijft dus een mysterie.