Eksperyment z lat 80. XIX wieku doczekał się rozwiązania. Matematycy odwrócili zraszacz

Informacja na ten moment chyba niewiele zmieni w naszym życiu, ale naukowcy już szukają potencjalnych zastosowań dla odwróconego zraszacza. Przez 141 lat fizycy zastanawiali się nad tym, w jaki sposób obraca się zraszacz, który zasysa ciecz, zamiast ją wyrzucać. Teraz otrzymaliśmy odpowiedź.

Po raz pierwszy eksperyment ten został zaproponowany w latach 80. XIX wieku. W związku z tym, że w połowie XX wieku został spopularyzowany przez Feynmana, eksperyment myślowy stał się znany jako zraszacz Feynmana. 

Na czym dokładnie polega problem ze zraszaczem Feynmana, że głowiono się nad nim przez 141 lat? W skrócie, normalne zraszacze z ramionami w kształcie litery S wypluwając wodę, jednocześnie wprawiają ramiona w ruch, dzięki czemu podlewają wszystko w określonej odległości. Działają podobnie jak rakiety, które wypychane są siłą strumienia powstałego podczas spalania. Problem natomiast zaczyna się w momencie, gdy chcemy odwrócić ruch wody. Jak zasysający zraszacz się obraca?

Przez 141 lat to zagadnienie pozostawało kwestią otwartą. Nie ze względu na brak jakichkolwiek prób, a bardziej z przyczyn ograniczonych możliwości. Sam Feynman pracował nad wstecznym zraszaczem, udało mu się nawet zbudować eksperymentalny układ. Jednak zakończył się on fiaskiem, a dokładniej wybuchem butelki napełnionej wodą.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Nowojorskiego postanowił przeprowadzić własny eksperyment. Zgodnie z zamieszczoną na stronie Uniwersytetu oraz w czasopiśmie „Physical Review Letters” publikacją, zraszacz został zanurzony w wodzie. Łożysko wewnątrz zostało podrasowane w celu optymalizacji zdolności urządzenia do swobodnego obracania się. W skrócie uzyskano ultra niskie tarcie. Całość została zaprojektowana w taki sposób, by można było obserwować swobodny przepływ wody przez urządzenie.

Aby jeszcze bardziej ułatwić obserwację, naukowcy dodali do wody ultracząsteczki, które odbijały zielone światło laserów. W efekcie powstał poniższy materiał filmowy:

Co udało się osiągnąć poprzez ten eksperyment? Okazuje się, że zraszacz rewersyjny obraca się w trochę inny sposób. Ruch zachodzi inaczej niż w zwykłym zraszaczu, jest wolniejszy. Zasysane strumienie wody zderzają się ze sobą wewnątrz urządzenia, a wymieszanie się wody powoduje powolny obrót o prędkości zaledwie 1/50 prędkości zwykłego zraszacza.

Zwykły lub „przedni” zraszacz jest podobny do rakiety, ponieważ napędza się, wystrzeliwując strumienie. Ale zraszacz wsteczny jest tajemniczy, ponieważ zasysana woda wcale nie wygląda jak strumienie. Odkryliśmy, że tajemnica kryje się we wnętrzu zraszacza, gdzie rzeczywiście znajdują się strumienie wyjaśniające obserwowane ruchy.

---

Eksperyment myślowy po 141 latach doczekał się rozwiązania dzięki zastosowaniu najnowszych metod modelowania i precyzyjnym testom. Jedna z autorek twierdzi, że metody zastosowane podczas eksperymentu mogą być przydatne w przyszłości, na przykład w urządzeniach reagujących na przepływającą wodę czy powietrze.  

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!