Hoe leg je aan kinderen uit hoe de kerstman ongezien cadeautjes aflevert bij miljoenen kinderen over de hele wereld? Met behulp van de relativiteitstheorie!

Er komt een moment waarop kinderen hun ouders vragen beginnen te stellen over de kerstman (of sinterklaas). Hoe kan hij nou alle kinderen ter wereld in een nacht pakjes bezorgen? Waarom zie en hoor ik hem en zijn slee van rendieren nooit? Hoe kan het dat zo’n dikke man door de schoorsteen kan? Waarom wordt hij nooit ouder? Natuurkundige Katy Sheen van de University of Exeter (GB) vond ‘wetenschappelijke verklaringen‘ voor deze mysteries.

Tijd staat stil voor kerstman

Sheen berekende dat de kerstman en zijn slee een snelheid van 10 miljoen kilometer per uur moeten aanhouden om in 31 uur tijd (met inbegrip van tijdszones) elk kind dat kerst viert cadeautjes te brengen. Dat is zo hard dat de kerstman volgens de speciale relativiteitstheorie van Einstein als het ware uitrekt en zo dun wordt dat hij en zijn cadeautjes door de schoorsteen passen.

En doordat de kerstman zich voortdurend met zo’n grote snelheid vervoert, wordt hij nooit ouder. Op dezelfde manier dat de klokken aan boord van een snel reizend ruimtevaartuig achter gaan lopen ten opzichte van klokken op aarde. Voor de kerstman staat de tijd zelfs helemaal stil!

Veelkleurige waas in de lucht

Een ander effect van zo’n enorme snelheid is de manier waarop we de kerstman zien, of beter gezegd niét zien. Hij verandert namelijk van rood, naar groen en tenslotte alle kleuren van de regenboog, naarmate hij harder gaat. Uiteindelijk vormt de kerstman samen met zijn slee van rendieren niet meer dan een veelkleurige waas in de lucht, onzichtbaar voor het menselijk oog. Dit wordt verklaard door het dopplereffect. De kerstman genereert lichtgolven die door de hoge snelheid ineengedrukt worden.

Datzelfde gebeurt met geluidsgolven. Het gebel van de slee en het “Ho ho ho!” van de kerstman klinkt steeds hoger naarmate hij nadert. Net als een ambulance die aan komt snellen. Bij aankomst van de kerstman is er niets meer te horen, doordat de geluidsfrequentie buiten het menselijke gehoorbereik valt.

Door de geluidbarrière breken

Hoor je midden in de kerstnacht ineens een knal, denk dan niet dat het de kerstman is die met zijn slee op het dak ploft. Het is ‘gewoon’ het geluid van de slee die door de geluidsbarrière breekt. Precies zoals een straaljager dat doet.

Sheen hoopt met haar onderzoek kinderen enthousiast te maken voor een carrière in de natuurkunde. Maar toch ontbreekt nog het antwoord op een vraag: hoe haalt de kerstman dan die snelheid van 10 miljoen kilometer per uur? “Hij heeft heel veel brandstof nodig”, zegt Sheen. “Dus vergeet vooral niet zijn glas sherry, mince pie (een Engelse kerstspecialiteit) en wat wortels voor de rendieren!”

Bron: University of Exeter