Разпиляният спринклер, държал учените будни цяла нощ

Хайде да си призная — когато за първи път чух за Проблема със спринклера на Фейнман, си помислих, че е шега. Колко сложно може да е едно такова нещо? Пуснеш водата, тя излиза навън, устройството се върти. Край.

Ама ето къде става интересно. Ами ако обърнем спринклера наопаки? Вместо да пръска вода навън, да я всмуква навътре. Ще се върти ли изобщо? Ако да — на коя страна? Колко бързо?

Звучи просто, нали? Е, физикът Ричард Фейнман също мислеше така — докато не се опита сам да го разбере и не успя. Години наред си блъскаше главата с този проблем, и честно казано? Това ме успокои доста за собствените ми обърквания.

Защо този проблем е толкова гаден

Ето какво прави обратния спринклер толкова коварен: изглежда, че изобщо не би трябвало да се върти. Помислете — ако водата се всмуква вместо да се изтласква, какво ще накара уреда да се завърти?

Някои учени твърдяха, че ще се върти в една посока, други — в противоположната. Трети пък казваха, че изобщо няма да мърда. Дебатите продължиха повече от век, като блестящи умове заставаха от всички страни.

Фейнман — носител на Нобелова награда и един от най-великите физици на XX век — дори си направил собствен обратен спринклер, за да сложи край на спора. Според свидетелства, експериментът му не минал особено гладко. (Хей, дори гениите имат лоши дни в лабораторията!)

Пробивът с "ракетата обърната наопаки"

Сега идва моментът, в който нашите приятелски, странни спринклерчета влизат в играта. Екип от изследователи от Нюйоркски университет и Colorado School of Mines решили да се отнесат сериозно към тази загадка — и построили цяла колекция от тези необичайни, криволичещи спринклери, за да ги тестват.

И резултатите? Направо невероятни.

Оказало се, че обратните спринклерчета СЕ въртят — но около 50 пъти по-бавно от нормалните. Причината е наистина яка: когато водата се всмуква към централната камера, където се срещат всички рамена, входящите струи не се сблъскват перфектно чело в чело. Има леко отклонение, и тази малка несиметричност създава сили, които карат спринклера да се върти в обратна посока.

Изследователите наричат това "теория за потока на импулса". Накратко, става дума за това как въртящата се вода носи импулс и натиска вътрешността на спринклера. Предствете си го като ракета обърната наопаки — вместо да изхвърля гориво от единия край, за да се придвижи напред, водата се всмуква навътре и създава въртеливи сили, докато се върти около оста си.

Защо формата има значение повече, отколкото си мислите

Ето нещо, което ме впечатли особено: формата на спринклерните рамена всъщност има огромно значение. Екипът тествал уреди с всякакви изкривени, усукани дизайни — не само стандартните S-образни рамена, които виждате по обикновените тревни спринклерчета.

Тези смешни спринклерчета, с техните примки и завои, позволили на изследователите да наблюдават точно как водата се движи както вътре, така и вън от устройството. Могли да измерват въртящия момент (тоест силата на усукване) и да видят какво точно се случва на всеки етап.

И най-интересното: установили, че външните части на раменете и водата около тях? Изобщо не влияят на движението на спринклера. Всичко е в това, което се случва във вътрешната централна камера, където се сблъскват струите.

Какво означава това за обикновените хора?

Знам какво си мислите — хубаво и интересно, ама кой всъщност се интересува от физиката на спринклерчетата?

Ето какво: разбирането как предметите взаимодействат с течащи течности е огромно за инженерството. Говорим за турбини, които произвеждат ток от вода, помпи, които преместват течности през тръби, всякакви индустриални уреди, свързани с динамика на флуидите.

Изследователите специално отбелязват, че тези знания могат да помогнат за създаването на по-добри устройства за улавяне или преобразуване на енергия от течащи течности. Така че следващия път, когато зареждате телефона си с водноелектрическа енергия, може би трябва да благодарите на обърнат спринклер. (Добре, може би не буквално, ама разбрахте какво имам предвид!)

Най-хубавата част: Наукаът винаги е бил мърляв

Това, което най-много харесвам в тази история, е че ни напомня, че науката не винаги е чиста и подредена. Ричард Фейнман — легендарен физик, носител на Нобелова награда, човекът, който буквално помогна да се изгради атомната бомба — не можел да реши този пъзел сам. Минало повече от век дебати и екип от изследователи, строящ глуповати спринклерчета с примки, за да се получи най-накрая ясен отговор.

Това ми дава надежда. Означава, че любопитството и упоритостта имат повече значение от мигновения гений. Означава, че понякога най-безумните експерименти водят до най-важните открития.

Така че следващия път, когато видите една от онези нелепи спринклерчета да се върти в нечия градина, отделете малко време да го оцените. Това нещо може би решава физически проблеми на стотици години — едно усукано завъртане след друго.

Източник: ScienceDaily