Wiskundemeisjes

Wiskunde in Barcelona

Deze column verschijnt vandaag in de Volkskrant.

Op allerlei onverwachte plekken kom je wiskunde tegen, zelfs op vakantie. Zo was ik laatst in Barcelona en, zoals het goede toeristen betaamt, gingen we de Sagrada Familia bezichtigen.

Al sinds 1882 wordt er aan de Sagrada Familia gebouwd, in 1883 kreeg architect Antoni Gaudí (1852 – 1926) de leiding. Gaudí is ook verantwoordelijk voor Park Güell (en indirect dus ook voor al die gemozaïekte salamanders die je in Barcelona op elke straathoek kunt aanschaffen).

Gaudí werkte tot zijn dood fanatiek aan de Sagrada (hij ging zelfs op de bouwplaats wonen!) en maakte een heleboel maquettes en schetsen. Helaas is veel verloren gegaan door een brand tijdens de Spaanse burgeroorlog, dus moesten de latere architecten reconstrueren wat Gaudí van plan was, en de rest zelf aanvullen met nieuwe plannen.

Een hoog gebouw met veel torens en ingewikkelde gewelven bouwen, is niet gemakkelijk. Hoe zorg je er bijvoorbeeld voor dat de pilaren en gewelven stabiel staan?

Gaudí verdiepte zich onder andere in de kettinglijn. Een kettinglijn is de vorm die een ketting aanneemt als je hem vrij laat hangen en alleen aan de uiteindes vasthoudt. Op het moment dat de ketting stilhangt, is een evenwichtstoestand ontstaan tussen de drie krachten die op elke schakel werken: de zwaartekracht en de twee spankrachten (links en rechts). Op dat evenwichtsmoment zijn er in die ketting alleen trekkrachten aanwezig in de richting van de ketting zelf.

Als je zo’n kettinglijn op de kop zou zetten, zouden alle drukkrachten dus ook precies in de richting van de boog zelf lopen, waardoor er niet van bijvoorbeeld opzij aan de boog getrokken wordt en hij dus heel stevig staat. De kettinglijn is al bekend sinds de zeventiende eeuw (onder andere Christiaan Huygens en Galileo Galilei hielden zich ermee bezig).

Maar een gewelf is ingewikkelder dan een poort of boog, die in principe maar twee-dimensionaal zijn. Voor een boog kun je nog redelijk eenvoudig controleren of hij in evenwicht is: je kijkt of je een kettinglijn kunt maken die (op de kop) dezelfde vorm heeft als de boog die je in gedachten had.

Voor het ontwerpen van een gewelf moet je drie dimensies gebruiken. Je kunt daar een beetje mee smokkelen door naar dwarsdoorsnedes te kijken, maar echt drie-dimensionaal aan krachten rekenen is ingewikkeld. Gaudí gebruikte verschillende methodes, maar de tofste vind ik zijn hangende modellen. (Die gebruikte hij niet voor de Sagrada trouwens, maar voor een ander kerkontwerp.) Gaudí maakte van een heleboel touwtjes met gewichtjes eraan een op zijn kop hangend kerkgewelf. Oftewel: hij ontwierp het gewelf direct op stabiliteit. En door te variëren met touwtjes en gewichtjes kon hij het ontwerp meer naar zijn zin maken.

Behalve een replica van een indrukwekkend hangend model is in het museum bij de Sagrada Familia nog meer wiskunde te zien: Gaudí gebruikte kegelsnedes zoals parabolen en hyperbolen in zijn ontwerpen, en op de Sagrada staat ook nog eens een magisch getallenvierkant, waarin de som in alle rijen, kolommen, diagonalen en nog wat van die dingen steeds weer 33 is, de leeftijd van Jezus toen hij werd gekruisigd.

Al met al een aanrader voor de wiskundige toerist!