Se sprinkleri, joka piti tutkijoita hereillä

Okei, myönnän — kun kuulin ensimmäistä kertaa Feynman's sprinkler-ongelmasta, luulin sen olevan vitsi. Eikö se ole vaan yksinkertainen laite? Käynnistät, vesi suihkuaa ulos, kone pyörii. Valmista.

Mutta sitten asia mutkistuu. Entä jos sprinkleri toimiikin toisinpäin? Eli vedetään vettä sisään eikä suihkuteta ulos? Pyöriikö se silloin? Jos pyörii, kumpaan suuntaan? Kuinka nopeasti?

Kuulostaa yksinkertaiselta, eikö? No, fyysikko Richard Feynman ajatteli samoin — kunnes yritti selvittää asiaa itse ja epäonnistui. Hän raapi päätään vuosikausia tämän ongelman parissa. Ja rehellisesti? Se fakta teki minulle taatusti hyvää oman hämmennykseni kanssa.

Miksi tämä ongelma on niin pirullinen

Tässä on pointti takaperin toimivan sprinklerin kanssa: vaikuttaa siltä, ettei sen pitäisi pyöriä ollenkaan. Ajattele asiaa. Jos vettä vedetään sisään eikä työnnetä ulos, mikä oikeastaan saa laitteen pyörimään?

Osa tutkijoista väitti, että se pyörisi yhteen suuntaan, toiset sanoivat päinvastaiseen. Jotkut eivät uskoneet sen pyörivän lainkaan. Keskustelu jatkui yli vuosisadan ajan, ja loistavat mielet olivat kaikilla puolilla.

Feynman, Nobel-palkittu ja 1900-luvun juhlituimpia fyysikkoja, yritti itse asiassa rakentaa oman takaperin toimivan sprinklerin selvittääkseen kiistan. Tarinan mukaan hänen kokeensa ei sujunut aivan sutjakkaasti. (Hei, genietkin ovat joskus huonoja päiviä laboratoriossa!)

Se "käänteinen raketti" -läpimurto

Nyt tulee se kohta, jossa naapuruston hassut sprinklerit astuvat kuvaan. Tutkijaryhmä New Yorkin yliopistosta ja Colorado School of Minesista päätti ottaa tämän pulman tosissaan — ja he rakensivat kokonaisen kokoelman näitä omituisia, luuppimaisia sprinklerilaitteita testattavaksi.

Ja heidän löydöksensä? Todella kiehtovia.

Osoittautuu, että takaperin toimivat sprinklerit PYÖRIVÄT — mutta noin 50 kertaa hitaammin kuin tavalliset. Syy on aidosti mielenkiintoinen: kun vettä vedetään keskuskammioon, missä kaikki varret kohtaavat, sisään tulevat suihkeet eivät osu täydellisesti vastakkain. Tapahtuu pieni epäkeskisyys, ja tuo pieni epätäydellisyys luo voimia, jotka pyörittävät sprinkleriä käänteiseen suuntaan.

Tutkijat kutsuvat tätä "impulssivuoteoriaksi". Kyse on pohjimmiltaan siitä, miten pyörteilevä vesi kantaa liikemäärää ja työntää sprinklerin sisäosia. Ajattele sitä käänteisenä rakettina — polttoaine ei ammuta ulos toisesta päästä työntämään eteenpäin, vaan vettä vedetään sisäänpäin ja se luo pyörimisvoimia pyörteillessään ympäriinsä.

Muoto merkitsee enemmän kuin arvaisit

Tässä on jotain, mikä todella kiinnitti huomioni: sprinklerin varsien muoto merkitsee yllättävän paljon. Ryhmä testasi laitteita kaikenlaisilla vääntöisillä, kierähtäneillä rakenteilla — ei pelkästään tavallisilla S-muotoisilla varsilla, joita näkee tavallisessa nurmikko-sprinklerissä.

Nämä hassut sprinklerit luuppeineen ja kaarteineen antoivat tutkijoille mahdollisuuden tarkkailla tarkasti, miten vesi liikkuu sekä laitteen sisällä ETTÄ ulkopuolella. He pystyivät mittaamaan vääntövoiman (eli pyörittävän voiman) ja näkemään täsmälleen, mitä tapahtuu jokaisessa vaiheessa.

Ja tässä juttu: he huomasivat, että varsien ulko-osat ja niiden ympärillä liikkuva vesi eivät juurikaan vaikuta sprinklerin liikkeeseen. Kaikki tapahtuu keskuskammiossa, missä suihkeet törmäävät toisiinsa.

Mitä tämä oikeasti tarkoittaa tavallisille ihmisille?

Tiedän mitä ajattelet — tämä on kyllä hauskaa, mutta kuka oikeasti välittää sprinklerifysiikasta?

Tässä juttu: kohteiden vuorovaikutuksen ymmärtäminen virtaavien nesteiden kanssa on VALTAVAN tärkeää tekniikassa. Puhumme turbiineista, jotka tuottavat sähköä vedestä, pumpuista, jotka siirtävät nesteitä putkissa, kaikenlaisesta teollisuuslaitteistosta, jossa käsitellään virtausdynamiikkaa.

Tutkijat mainitsevat erityisesti, että tämä tieto voisi auttaa suunnittelemaan parempia laitteita virtaavien nesteiden energian talteenottoon tai muuntamiseen. Eli kun seuraavan kerran lataat puhelintasi vesivoimalla, voit kiittää takaperin toimivaa sprinkleriä. (Okei, ehkä ei kirjaimellisesti, mutta ymmärrät pointin!)

Parasta: Tiede on yhä sekavaa

Rakastan tätä tarinaa eniten siitä syystä, että se muistuttaa meitä siitä, ettei tiede ole aina siistiä ja järjestynyttä. Richard Feynman — legendaarinen fyysikko, Nobel-voittaja, henkilö, joka käytännössä auttoi rakentamaan atomipommin — ei pystynyt ratkaisemaan tätä pulmaa yksinään. Kesti yli vuosisadan keskusteluja ja tutkijaryhmä, joka rakensi typerän näköisiä luuppisprinklereitä, ennen kuin saatiin selvä vastaus.

Se antaa minulle toivoa. Se tarkoittaa, että uteliaisuus ja sinnikkyys merkitsevät enemmän kuin välitön nero. Se tarkoittaa, että joskus typerimmät kokeet johtavat tärkeimpiin löytöihin.

Joten kun näet seuraavan kerran jonkun pihalla sellaisen naurettavan sprinklerin pyörivän, pysähdy hetkeksi arvostamaan sitä. Se laite saattaa juuri työstää vuosisatoja vanhoja fysiikan ongelmia — yksi väännös kerrallaan.

Lähde: ScienceDaily