Ta zraszarka nie dawała naukowcom spać

Muszę się przyznać — kiedy pierwszy raz usłyszałam o problemie zraszarki Feynmana, pomyślałam, że to jakaś bzdura. Bo ile może być skomplikowanego w zraszaczu? Włączasz go, leci woda, kręci się. Koniec, prawda?

No i tutaj robi się ciekawie. A co, jeśli odwrócisz go do góry nogami? Zamiast rozpylać wodę na zewnątrz, niech ją zasysa do środka. Czy w ogóle będzie się kręcić? Jeśli tak — w którą stronę? Jak szybko?

Brzmi prosto, co? No to fizyk Richard Feynman też tak uważał — aż do momentu, gdy sam spróbował to ogarnąć i mu nie wyszło. Człapał z tym problemem przez lata, i szczerze? Ta świadomość bardzo mnie pocieszyła w kwestii własnych zagubień.

Dlaczego to w ogóle jest takie trudne

Rzecz w tym, że odwrócony zraszacz wydaje się, że nie powinien się kręcić w ogóle. Pomyśl: skoro woda jest WCIĄGANA do środka zamiast wypychana na zewnątrz, co niby ma wprawić tę rzecz w ruch obrotowy?

Część naukowców twierdziła, że będzie się kręcić w jedną stronę, inni mówili coś zupełnie przeciwnego. Jeszcze inni utrzymywali, że ani drgnie. Debaty trwały ponad sto lat, a po każdej stronie stali naprawdę błyskotliwi ludzie.

Feynman — laureat Nagrody Nobla, jeden z najsłynniejszych fizyków dwudziestego wieku — sam próbował zbudować taki odwrócony zraszacz, żeby rozwiać wątpliwości. Według relacji, eksperyment nie poszedł mu zbyt gładko. (Hej, nawet geniusze mają czasem kiepskie dni w laboratorium!)

Przełom, czyli "rakieta od środka"

I tutaj wkraczają nasi dzielni, głupiutcy zraszacze. Zespół badaczy z NYU i Colorado School of Mines postanowił potraktować tę zagadkę na poważnie — i zbudował całą kolekcję tych dziwacznych zraszaczy z pętelkami i zawijasami, żeby je przetestować.

Ich odkrycia? Absolutnie fascynujące.

Okazuje się, że odwrócone zraszacze JEDNAK się kręcą — ale mniej więcej pięćdziesiąt razy wolniej niż normalne. Powód jest naprawdę ciekawy: kiedy woda jest zasysana do centralnej komory, strumienie nie zderzają się idealnie czółko w czółko. Jest tam minimalne przesunięcie, i ta drobna niedoskonałość tworzy siły, które wprawiają zraszacz w ruch — ale w przeciwnym kierunku.

Badacze nazwali to "teorią strumienia pędu". W dużym skrócie: chodzi o to, jak wirowa woda niesie ze sobą pęd i popycha na wewnętrzne elementy zraszacza. Wyobraź to sobie jak rakietę wywróconą na lewą stronę — zamiast wyrzucać paliwo w jednym kierunku, żeby lecieć w drugim, woda jest tu zasysana do środka i tworzy siły obrotowe w miarę wirowania.

Kształt ma znaczenie — i to jak!

Co mnie naprawdę zaskoczyło: kształt ramion zraszacza ma ogromne znaczenie. Zespół testował urządzenia z przeróżnymi powyginanymi, pokręconymi konstrukcjami — nie tylko standardowe S-kształtne ramiona, które znasz ze zwykłego zraszacza ogrodowego.

Te głupkowate zraszacze, z ich pętelkami i zakrętami, pozwoliły badaczom obserwować dokładnie, jak woda zachowuje się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz urządzenia. Mogli mierzyć moment obrotowy i widzieć dokładnie, co dzieje się na każdym etapie.

Iuwaga: odkryli, że zewnętrzne części ramion i woda poruszająca się wokół nich? Kompletnie nie wpływają na ruch zraszacza. Wszystko zależy od tego, co dzieje się w centralnej komorze, gdzie zderzają się strumienie.

No dobra, ale co z tego wynika dla zwykłych ludzi?

Wiem, o czym myślisz — fajne, ale komu właściwie potrzebna fizyka zraszaczy?

Otóż rozumienie, jak obiekty oddziałują z przepływającymi płynami, jest OGROMNIE ważne w inżynierii. Mówimy o turbinach generujących prąd z wody, pompach przesyłających ciecze rurami, wszelkiego rodzaju urządzeniach przemysłowych operujących dynamiką płynów.

Badacze podkreślają, że ta wiedza może pomóc w projektowaniu lepszych urządzeń do przechwytywania lub konwertowania energii z przepływających cieczy. Więc następnym razem, gdy ładujesz telefon dzięki energetyce wodnej, może właśnie jakiemuś odwróconemu zraszaczowi powinieneś dziękować. (Dobrze, może nie dosłownie, ale rozumiesz, o co chodzi!)

Najlepsze: nauka wciąż jest chaotyczna

To, co kocham w tej historii najbardziej, to przypomnienie, że nauka nie zawsze jest czysta i uporządkowana. Richard Feynman — legendarny fizyk, laureat Nobla, ktoś, kto dosłownie pomógł zbudować bombę atomową — nie potrafił rozwiązać tej zagadki samodzielnie. Potrzeba było ponad wieku debat i zespołu badaczy budującego głupkowate zraszacze z pętelkami, żeby wreszcie uzyskać jasną odpowiedź.

To daje mi nadzieję. Oznacza to, że ciekawość i wytrwałość znaczą więcej niż błyskawiczna genialność. Oznacza to, że czasem najgłupsze eksperymenty prowadzą do najważniejszych odkryć.

Więc następnym razem, gdy zobaczysz któryś z tych absurdalnych zraszaczy wirujących na czyimś trawniku, poświęć chwilę, żeby go docenić. Ta rzecz może właśnie rozwiązywać problemy fizyczne sprzed stu lat — jedną pokręconą pętelką na raz.

Źródło: ScienceDaily