A locsoló, ami az éjszakába űzte a tudósokat

Be kell vallanom – amikor először hallottam Feynman locsolóproblémájáról, azt hittem, ez valami vicc. Mitől lehetne olyan bonyolult egy locsoló? Megnyitod a csapot, lövi a vizet, forog. Kész, ugye?

De aztán jön a furcsaság. Mi van, ha megfordítod? Nem kifelé lövi a vizet, hanem befelé szívja. Forog ettől? Ha igen, melyik irányba? Mennyire gyorsan?

Túl egyszerűnek hangzik, ugye? Hát, Richard Feynman is így gondolta – egészen addig, amíg megpróbálta kitalálni, és nem sikerült. Évekig töprengett ezen, és őszintén? Ettől a ténytől sokkal jobban éreztem magam a saját zűrzavaraim miatt.

Miért olyan nehéz ez a probléma?

A visszafelé működő locsolóval az a baj, hogy elsőre úgy tűnik, egyáltalán nem kéne forognia. Gondolj csak bele. Ha a vizet nem kifelé lövik, hanem befelé szívják, mi hozná mozgásba az egészet?

Voltak tudósok, akik azt állították, hogy egy irányba forog, mások az ellenkezőjét állították. Voltak, akik szerint nem is forogna. A viták több mint egy évszázadon át tartottak, ragyogó elmék minden oldalon.

Feynman, aki Nobel-díjas és a 20. század egyik legünnepeltebb fizikusa volt, valójában megpróbálta saját maga megépíteni a visszafelé működő locsolót, hogy eldöntse a kérdést. A beszámolók szerint a kísérlete nem ment zökkenőmentesen. (Hé, a zseniknek is vannak rossz napjaik a laborban!)

Az „fordított rakéta" áttörés

Itt jön a képbe a hétköznapi, kacagtató locsolók világa. Az NYU és a Colorado School of Mines kutatói úgy döntöttek, komolyan veszik ezt a rejtvényt – és megépítettek egy egész gyűjteményt ezekből a furcsa, kacskaringós locsolókból, hogy teszteljék őket.

Az eredmények? Igazán lenyűgözőek.

Kiderült, hogy a visszafelé működő locsolók FOROGNAK – de nagyjából ötvenszer lassabban, mint a normálisak. Az ok pedig tényleg cool: amikor a vizet beszívják a központi kamrába, ahol az összes kar találkozik, a befelé áramló sugarak nem ütköznek tökéletesen szemből. Van egy kis eltolódás, és ez a parányi pontatlanság olyan erőket hoz létre, amelyek elkezdik forgatni a locsolót – csak ellenkező irányba.

A kutatók ezt „impulzusáramlás-elméletnek" nevezik. Alapvetően arról van szó, hogy a örvénylő víz hogyan viszi magával a lendületet, és hogyan nyomja a locsoló belső alkatrészeit. Gondolj rá úgy, mint egy kifordított rakétára – ahelyett, hogy üzemanyagot lőne ki az egyik végén, hogy előre lökje magát, a vizet befelé szívják, és ahogy örvénylik, forgási erőket kelt.

A forma sokkal jobban számít, mint hinnéd

Valami igazán megragadta a figyelmemet: a locsoló karjainak alakja tulajdonképpen sokat számít. A csapat mindenféle elgörbült, csavart változatot tesztelt – nem csak a szokásos S alakú karokat, amiket a hagyomyos kerti locsolókon láthatsz.

Ezek a csacska locsolók, a hurokjaikkal és kacskaringóikkal lehetővé tették a kutatók számára, hogy pontosan megfigyeljék, hogyan mozog a víz a készülék belsejében ÉS kívül is. Meg tudták mérni a nyomatékot (ez a csavaró erő), és láthatták, mi történik minden egyes pillanatban.

És itt a lényeg: kiderült, hogy a karok külső részei és a körülöttük mozgó víz? Egyáltalán nem befolyásolják a locsoló mozgását. Minden arról szól, ami a központi kamrában történik, ahol a sugarak ütköznek.

Szóval mit jelent ez nekünk, hétköznapi halandóknak?

Tudom, mit gondolsz – ez mind szép és érdekes, de kit érdekel a locsolókkal kapcsolatos fizika?

A helyzet az, hogy a folyadékokkal áramló tárgyak kölcsönhatásának megértése HATALMAS jelentőségű a mérnöki tudományban. Víz turbina, amely áramot termel, szivattyúk, amelyek folyadékot mozgatnak a csövekben, ipari berendezések, amik folyadékdinamikával foglalkoznak.

A kutatók kifejezetten megemlítik, hogy ez az ismeret segíthet jobb eszközök tervezésében, amelyek képesek elfogni vagy átalakítani az áramló folyadékokból származó energiát. Tehát a következő alkalommal, amikor a telefonodat töltöd vízenergiával, talán egy visszafelé működő locsolónak lehet köszönni. (Oké, talán nem szó szerint, de érted a lényeg!)

A legjobb rész: a tudomány még mindig kaotikus

Amit a legjobban szeretek ebben a történetben, az az, hogy emlékeztet minket: a tudomány nem mindig tiszta és rendezett. Richard Feynman – legendás fizikus, Nobel-díjas, olyan valaki, aki szó szerint segített atombombát építeni – egymaga nem tudta megoldani ezt a rejtvényt. Több mint egy évszázados vita és egy kutatócsapat, amely hülye hurok-locsolókat épített, kellett ahhoz, hogy végre tisztán lássunk.

Ez reményt ad nekem. Ez azt jelenti, hogy a kíváncsiság és a kitartás fontosabb, mint az azonnali zsenialitás. Ez azt jelenti, hogy néha a legostobábbnak tűnő kísérletek vezetnek a legfontosabb felfedezésekhez.

Szóval a következő alkalommal, amikor egy bármilyen fura locsolót látsz valaki kertjében pörögni, szánj egy pillanatot arra, hogy értékeld. Lehet, hogy az a szerkezet éppen egy évszázados fizikai problémát dolgoz fel – egy görbe hurok a másik után.

Forrás: ScienceDaily