Sprinkleren der holdt forskerne vågne om natten

Okay, jeg må hellere indrømme det — da jeg første gang hørte om Feynmans sprinkler-problem, troede jeg det var en joke. Hvor svært kan det være med en sprinkler? Du tænder for den, vandet sprøjter ud, den drejer rundt. Slam dunk.

Men her kommer det mærkelige. Hvad nu hvis du kører sprinkleren baglæns? I stedet for at sprøjte vandet udad, så forestil dig at den trækker vandet ind. Drejer den stadig? Hvis ja, hvilken vej? Hvor hurtigt?

Lyder simpelt, ikke? Tja, fysiker Richard Feynman mente også det var let — indtil han selv prøvede at regne det ud og gik i stå. Han brugte år på at klø sig i hovedet over det problem, og ærligt talt? Den kendsgerning fik mig til at have det meget bedre med mine egne forvirringer.

Hvad gør det her problem så forbandet svært

Her er sagen med den omvendte sprinkler: Det virker som om den slet ikke burde dreje. Tænk over det. Hvis vandet bliver trukket ind i stedet for at blive skubbet ud, hvad skal så få den til at rotere?

Nogle forskere mente den ville dreje den ene vej, andre sagde stik modsat. Nogle mente den slet ikke ville dreje. Debatten varede i over hundrede år, med brillante hjerner på alle sider.

Feynman, der var nobelprismodtager og en af 1900-tallets mest fejrede fysikere, prøvede faktisk at bygge sin egen omvendte sprinkler for at afgøre sagen. Ifølge beretninger gik hans eksperiment ikke ligefrem glat. (Hey, selv genier har dårlige laboratoriedage!)

Gennembruddet med "raketten der er vendt vrangen ud"

Og her kommer vores venlige,skøre sprinklere ind i billedet. Et hold forskere fra NYU og Colorado School of Mines besluttede at tage det gåde alvorligt — og de byggede en hel samling af de små, loopede sprinklere for at teste dem af.

Og deres resultater? Aldeles fascinerende.

Det viser sig, at omvendte sprinklere GODT kan dreje — men cirka 50 gange langsommere end normale. Årsagen er genuint cool: Når vandet bliver suget ind i det centrale kammer hvor alle armene mødes, så kolliderer de indkommende stråler ikke perfekt frontalt. Der er en lille smule fejlstilling, og denne lille ufuldkommenhed skaber kræfter der får sprinkleren til at dreje den modsatte vej.

Forskerne kalder det "momentum flux-teorien." Grundlæggende handler det om hvordan hvirvlende vand bærer momentum og skubber på sprinklerens indre. Tænk på det som en raket der er vendt vrangen ud — i stedet for at skyde brændstof ud den ene ende for at skubbe fremad, bliver vandet trukket indad og skaber roterende kræfter mens det hvirvler rundt.

Hvorfor faconen betyder mere end du tror

Her er noget der virkelig fangede min opmærksomhed: Faconen på sprinklerarmene betyder faktisk en hel del. Holdet testede apparater med alle mulige forvredne, snoede designs — ikke bare de standard S-formede arme du ville se på en normal have sprinkler.

Disse skøre sprinklere, med deres loops og kurver, lod forskerne observere præcist hvordan vandet bevæger sig både inde i OG uden for apparatet. De kunne måle drejningsmomentet (det er den tvistende kraft) og se præcis hvad der sker på hvert tidspunkt.

Og det her: De opdagede at de ydre dele af armene og vandet der bevæger sig omkring dem? Påvirker stort set ikke sprinklerens bevægelse overhovedet. Det hele handler om hvad der sker inde i det centrale kammer hvor strålerne kolliderer.

Hvad betyder det her egentlig for os andre?

Jeg ved godt hvad du tænker — det her er meget sjovt, men hvem bekymrer sig egentlig om sprinkler-fysik?

Her er sagen: At forstå hvordan objekter interagerer med strømmende væsker er kæmpestort for ingeniørarbejde. Vi taler om turbiner der genererer elektricitet fra vand, pumper der flytter væsker gennem rør, alle mulige slags industrielt udstyr der har med væskedynamik at gøre.

Forskerne nævner specifikt at denne viden kunne hjælpe med at designe bedre apparater til at indfange eller omdanne energi fra strømmende væsker. Så næste gang du lader din telefon op med vandkraft, kan du måske takke en omvendt sprinkler. (Okay, måske ikke bogstaveligt, men du forstår pointen!)

Det bedste ved det hele: Videnskaben er stadig rodet

Det jeg elsker mest ved den her historie er at den minder os om at videnskaben ikke altid er ren og pæn. Richard Feynman — legendarisk fysiker, nobelprismodtager, en person der bogstaveligt talt var med til at bygge atombomben — kunne ikke løse det her problem på egen hånd. Det tog over hundrede års debat og et hold af forskere der byggede fjollede loop-de-loop sprinklere for endelig at få et klart svar.

Det giver mig håb. Det betyder at nysgerrighed og vedholdenhed betyder mere end øjeblikkelig genialitet. Det betyder at nogle gange fører de dumeste eksperimenter til de vigtigste opdagelser.

Så næste gang du ser en af de latterlige sprinklere snurre rundt i nogens have, så tag dig et øjeblik til at sætte pris på den. Den ting arbejder måske på fysikproblemer der er over hundrede år gamle — en snoet loop ad gangen.

Kilde: ScienceDaily