Ученые решили 141-летнюю загадку «обратного спринклера»
В течение 141 года физики размышляли над загадочным вопросом: что произойдет, если спринклер будет работать наоборот.
Вопрос об «обратном спринклере», впервые поставленный в 1883 году австрийским физиком Эрнстом Махом и популяризированный нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом, относительно прост: если вы поместите S-образный спринклер в резервуар с водой, в каком направлении будет ли он вращаться и почему?
Одни предполагают, что всасывающая сила будет тянуть сопло против часовой стрелки, в то время как другие утверждают, что вытекающая вода ударит по внутренней части сопла, заставляя его вращаться по часовой стрелке.
Чтобы наконец решить эту 141-летнюю проблему, ученые из Нью-Йоркского университета (NYU) создали специальные спринклерные устройства, которые толкают и всасывают воду с контролируемой скоростью.
Согласно пресс-релизу Нью-Йоркского университета, спринклеры были сконструированы таким образом, чтобы исследователи могли наблюдать, что происходит снаружи и внутри спринклера, оснащенные новым типом вращающегося подшипника со сверхнизким коэффициентом трения.
Чтобы запечатлеть динамику жидкости обратного разбрызгивателя в действии, команда также добавила красители и микрочастицы, которые помогают освещать поток воды с помощью лазеров.
В итоге, когда спринклер всасывал воду, ученые Нью-Йоркского университета обнаружили, что он создал своего рода «ракету наизнанку», которая очень медленно вращала спринклер против часовой стрелки.
Когда разбрызгиватель работает по назначению (то есть распыляя воду), он эффективно действует как мини-ракета, при этом вода действует как топливо, вращающее разбрызгиватель. Однако при движении в обратном направлении эти струи встречаются внутри камеры спринклера, но не сталкиваются в лоб из-за потока, создаваемого изогнутыми рычагами спринклера. Это небольшое смещение приводит к тому, что спринклер медленно вращается в обратном направлении, примерно в 50 раз медленнее, чем при нормальной работе спринклера.
«Наше исследование решает проблему, сочетая точные лабораторные эксперименты с математическим моделированием, которое объясняет, как работает обратный спринклер», — заявил в пресс-релизе доцент Нью-Йоркского университета и старший автор Лейф Ристроф. «Мы обнаружили, что обратный разбрызгиватель вращается в «обратном» или противоположном направлении при заборе воды и при ее выбросе, и причина этого тонкая и удивительная».
Ристроф и его команда взялись за эту 141-летнюю задачу не просто ради интереса. Разгадка этого вопроса может помочь нам лучше понять устойчивые источники энергии вокруг нас, такие как «ветер в атмосфере, а также волны и течения в наших океанах и реках».
Пользователи столкнулись с "неразрешимой" математической загадкой
Ранее мы писали о том, что фото-головоломка смутила пользователей соцсетей: найдете ли вы бриллиант.