Het inhakingsgewicht van loodvervangers onder water

Er is de laatste jaren veel te doen over loodvervangers en er zijn ondertussen al meerdere soorten loodvervangers op de markt. De bekendste zijn stenen, ijzer, glas en tungsten (tungsten is de Engelse benaming voor wolfraam). Dit is echt een goede ontwikkeling, maar wel met een kleine kanttekening: Het inhakingsgewicht van loodvervangers is lager dan je in eerste instantie zou denken.

100 gram is toch 100 gram? Ja in beginsel wel, maar zodra het gewicht het water raakt wordt het even iets anders. Er komt dan namelijk drijfvermogen om de hoek en daarom wegen dingen onderwater minder dan boven water. Maar hoe zit het nu precies? Daarom wil ik het nu gaan hebben over soortelijke massa en de wet van Archimedes. Een stuk zware kost, maar ik zal proberen het zo eenvoudig mogelijk uit te leggen zodat je het ook kan begrijpen als je geen natuurkunde knobbeltje hebt. Uiteindelijk hoop ik dat je na het lezen van dit stuk een prima inzicht hebt in wat je doet en hoe zich dat verhoudt tot het ouderwetse loodgewicht dat wij altijd gebruik(t)en.

Het begrip ‘soortelijke massa’

De soortelijke massa is het gewicht van een stof ter grootte van 1 kubieke decimeter, oftewel een kubus van 10x10x10cm oftewel 1 liter (volume).

De soortelijke massa van stoffen per liter

• Water puur: 1000gr
• Lood puur: 11340gr
• IJzer puur: 7860gr
• Glas gemiddeld: 2500gr
• Baksteen gem.: 1450gr
• Steenachtige: 2400gr (beton) tot 3000gr (basalt)
• Tungsten puur: 19300gr (wolfraam)

Uit bovenstaande gegevens kun je opmaken dat lood, ijzer, glas, steensoorten, beton en wolfraam veel zwaarder zijn dan water en dus zullen zinken. Maar dan komt het: ondergedompeld in water krijg je verplaatsing van het water dat eerst op de plek zat waar nu een andere stof zit. Dat heft een deel van het gewicht op en dit noemen ze de Archimedes kracht.

De Archimedes kracht

De Archimedes kracht op aarde is gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. Deze kracht is afhankelijk van de zwaartekracht. Dus als je op de maan gaat vissen krijg je andere uitslagen.

Archimedes zijn Formule:
– Archimedeskracht in NEWTON = massa van de verplaatste vloeistof  * Valversnelling(aarde/maan/pluto) * Gewicht van de verplaatste vloeistof.
– 1 Newton = 0,101971621 Kg, de valversnelling op planeet aarde is 0.98m/s².
– Water heeft een soortelijke massa van 1kg per liter en dat maakt het berekenen voor ons vissers lekker makkelijk, want 1*0,98*1=0,98N. En dat i0,98*0,101971621=0,9996kg oftewel afgerond 1kg.

Kort door de bocht kan je met water op planeet aarde stellen dat de Archimedes kracht in kilogram gelijk is aan het gewicht van het verplaatste watervolume (op 0,4  gram per kilogram na, en dat is voor wat ik duidelijk wil maken totaal niet relevant).

Kort samengevat

Het komt er op neer dat als je 1 liter lood in een bak water dompelt, ditzelfde brok lood 1000 gram minder gewicht heeft dan boven water, omdat dat blok 1000 gram water verplaatst.

Nu kunnen we het één en ander berekenen:

• Lood puur: 11.340gr (boven water) vs. 10.340gr (onder water)
• IJzer puur: 7.860gr (boven water) vs. 6.860gr (onder water)
• Glas gemiddeld: 2.500gr (boven water) vs. 1.500gr (onder water)
• Baksteen: 1450gr (boven water) vs. 450gr (onder water)
• Beton: 2.400gr (boven water) vs. 1.400gr (onder water)
• Basalt: 3.000gr (boven water) vs. 2.000gr (onder water)
• Wolfraam: 19.300gr (boven water) vs. 18.300gr (onder water)

Je kunt hieruit al opmaken dat bijvoorbeeld beton, glas en steen een beetje tegenvallen qua gewicht onder water. Beton is bijvoorbeeld 1,71 keer zwaarder boven water. In verhouding zijn metaalachtige stoffen echt veel zwaarder. Lood is bijvoorbeeld 1,09 keer zwaarder boven water!

Werpgewicht vs. inhakingsgewicht

En dan gaan we nu nog een stap verder om te kijken hoe deze materialen zich verhouden als we uitgaan van een werpgewicht van 100 gram. Daarmee kun je dus goed vergelijken wat het verschil is tussen 100 gram lood en bijvoorbeeld 100 gram steen of ijzer. Dit is het gewicht wat je dus daadwerkelijk gebruikt voor de inhaking (het inhakingsgewicht). Dit bereken je als volgt: (100/gewicht boven water) x gewicht onder water.

Werpgewicht vs. inhakingsgewicht per 100 gram van dit materiaal.   

• Lood = 91,2
• IJzer = 87,3 gr
• Glas = 60,0 gr
• Baksteen = 31,0 gr
• Beton = 58,3 gr
• Basalt = 66,7gr
• Wolfraam = 94,8gr

Nu is het duidelijk dat er een enorm verschil zit in de inhakingskracht die een loodje of een stuk ijzer heeft ten opzichte van een steen of glas. IJzer komt opvallend goed uit deze berekeningen en is een veel beter alternatief dan giftig lood.

Wolfraam: de absolute winnaar

Wolfraam (tungsten) springt hier bovenuit en heeft nog een grotere inhakingskracht dan lood. Dit wolfraam heeft geen bewezen nadelige effecten voor het milieu, maar dat is als je het pure spul gebruikt. Wolfraam heeft wel een paar nadelen; het is moeilijk te verwerken, het smelt pas bij 3695 graden Celcius en is dus erg duur. Daarom wordt het vermengd in legeringen en in pasta’s om het kneedbaar of verwerkbaar te maken. Hierdoor wordt de soortelijke massa van het eindproduct enorm beïnvloed en maakt het goedje een heel stuk lichter dan lood of ijzer. Hoe zwaar het werkelijk is, zal per fabrikant verschillen. Maar één ding is zeker: ik heb nog nooit tungsten producten gezien in de markt die daadwerkelijk een grotere soortelijke massa hebben dan lood of ijzer. Daar komt bij dat ik geen flauw idee heb waar het mee vermengd wordt en hoe milieuvriendelijk deze goedjes zijn.

Slag om de arm

Voor steenachtige producten heb ik gerekend met baksteen (een van de lichtste soorten), beton als gemiddelde en basalt als een van de zwaarste soorten. Ik ben geen mineralenspecialist en weet dus niet waar bijvoorbeeld maaskeien en steenlood uit bestaan (in ieder geval mineralen en calcium). Ik heb ze wel bekeken en de soortelijke massa lijkt per steen zelfs te variëren. Het komt eerder in de buurt van baksteen dan beton, maar ik ga geen getallen geven omdat ik niet de middelen heb om een zuivere meting te doen. Zoek je een sterke inhaking en een zeer milieuvriendelijke oplossing, dan zal je zeer zware en dus erg grote stenen moeten gaan gebruiken.

Dit zet de uitdrukking ‘zinken als een baksteen’ toch weer even in een ander licht…

Vond je dit artikel interessant? Bekijk dan ook onze andere kennisdocumenten.