Поливальная машина, не дававшая учёным спать

Честно говоря, когда я впервые услышал про задачу Фейнмана про разбрызгиватель, я решил — это шутка. Что тут сложного? Включаешь воду, она брызжет, устройство крутится. Всё, конец истории.

Но потом начинается самое интересное. А что, если разбрызгиватель работает наоборот? Вместо того чтобы выталкивать воду наружу, он её втягивает внутрь. Будет ли он тогда вращаться? В какую сторону? Как быстро?

Казалось бы, просто вопрос. Но физик Ричард Фейнман тоже так думал — пока сам не попытался разобраться и не застрял. Он годы чесал затылок над этой задачей. И знаете что? Мне от этого стало намного легче на душе.

Почему эта задача такая противная

Вот в чём загвоздка. Обратный разбрызгиватель вроде бы вообще не должен вращаться. Задумайтесь: если вода не выталкивается, а втягивается, что вообще должно заставить штуковину крутиться?

Одни учёные говорили — крутится в одну сторону. Другие — в противоположную. Третьи — вообще не крутится. Споры длились больше ста лет, и умнейшие головы планеты не могли договориться.

Фейнман, нобелевский лауреат, один из величайших физиков XX века, даже сам построил модель обратного разбрызгивателя. Говорят, эксперимент прошёл не очень гладко. Эй, даже гении иногда косячат в лаборатории!

Прорыв «раскрученного наоборот ракета»

И вот тут на сцену выходят наши странные друзья. Команда из NYU и Колорадской горной школы решила наконец разобраться с этой головоломкой всерьёз. Они построили целую коллекцию этих забавных разбрызгивателей с петельками и завитушками.

Результаты? Потрясающие.

Оказалось, что обратные разбрызгиватели ВРАЩАЮТСЯ. Но примерно в 50 раз медленнее обычных. Причина классная: когда вода засасывается в центральную камеру, струйки сталкиваются не идеально лоб в лоб. Есть небольшое несовпадение, и эта крошечная неровность создаёт силы, которые крутят устройство в обратную сторону.

Учёные называют это «теорией потока импульса». По сути, дело в том, как закрученная вода переносит момент движения и давит на внутренности разбрызгивателя. Представьте себе ракету наизнанку — вместо того чтобы выбрасывать топливо сзади и двигаться вперёд, вода втягивается внутрь и создаёт вращение за счёт своего движения по спирали.

Форма важнее, чем вы думаете

Вот что меня зацепило: форма самих трубок имеет огромное значение. Команда испытала устройства с самыми разными замысловатыми конструкциями — не только стандартные S-образные согнутые трубки.

Эти дурацкие разбрызгиватели с петельками и витками позволили учёным наблюдать, как вода движется и внутри, и снаружи механизма. Они замеряли крутящий момент на каждом этапе.

И вот что выяснилось: внешние части трубок и вода вокруг них? Вообще не влияют на вращение. Всё решается внутри центральной камеры, где струйки сталкиваются.

И что, это вообще кому-то нужно?

Знаю, о чём вы думаете — прикольно, но кому нужна физика разбрызгивателей?

А вот кому: понимание того, как объекты взаимодействуют с потоками жидкостей, критически важно для инженерии. Турбины, вырабатывающие электричество. Насосы, гоняющие жидкости по трубам. Вся промышленная техника, связанная с гидродинамикой.

Исследователи отмечают, что эти знания помогут создавать более эффективные устройства для улавливания и преобразования энергии из движущихся жидкостей. Так что в следующий раз, когда заряжаете телефон от гидроэлектростанции, можете мысленно поблагодарить обратный разбрызгиватель. Ну, не буквально, но суть вы поняли.

Лучшее в этой истории: наука до сих пор хаотична

Больше всего меня радует, что эта история напоминает — наука не всегда чистая и опрятная. Ричард Фейнман — легендарный физик, нобелевский лауреат, человек, который буквально участвовал в создании атомной бомбы — не смог решить эту задачу в одиночку. Понадобилось больше века споров и команда исследователей, строивших дурацкие разбрызгиватели с завитушками, чтобы наконец получить ясный ответ.

Это вселяет надежду. Значит, любопытство и упорство важнее мгновенного гения. Значит, иногда самые идиотские эксперименты приводят к самым важным открытиям.

Так что в следующий раз, когда увидите во дворе соседа какой-нибудь дурацкий разбрызгиватель, покрутившийся минутку. Оцените его. Эта штука, может, прямо сейчас решает задачи столетней давности — один завиток за другим.