Wiskundigen hebben zojuist het machinegeweer omgekeerd

Al 141 jaar lang puzzelen natuurkundigen als Richard Feynman de kwestie van vloeistofstroming: hoe zou een sprinkler kunnen draaien als hij zich onder water bevindt, waarbij hij materie opzuigt in plaats van uitspuwt? Nu heeft een team van onderzoekers een antwoord gevonden.

Hoewel het idee voor het eerst werd voorgesteld door experimentatoren in de jaren tachtig van de negentiende eeuw, publiceerde Feynman het halverwege de 20e eeuw opnieuw, tot het punt waarop het bekend werd als Feynman-machinegeweer. Het probleem was dit: een gewone sproeier met S-armen zou water spuiten, waardoor de armen zouden draaien en water zouden geven wat nodig was. Maar of de omgekeerde sprinkler überhaupt zou draaien, bleef een open vraag, en niet vanwege een gebrek aan pogingen.

Feynman gebruikte dit idee al een tijdje en zelfs Er werd een experimentele set gebouwd om de vraag te beantwoorden terwijl hij een afgestudeerde student was aan de Universiteit van Princeton. (Het experiment eindigde toen een grote fles gevuld met water explodeerde.)

Nu heeft een team van onderzoekers van de New York University het opnieuw opgestart. Het backspray-systeem (zoals ik het noem – het rolt zo van de tong!) bestaat uit een sproeier die is ondergedompeld in een lager met ultralage wrijving, Dat blijkt uit een verklaring van de Universiteit van New Yorkom het vermogen van het apparaat om vrij te draaien te verbeteren, en is zo ontworpen dat ze gemakkelijk de waterstroom door het apparaat kunnen controleren.

Daartoe heeft het team ook het water geverfd, er microdeeltjes aan toegevoegd, het verlicht met een felgroene laser en het hele experiment op video opgenomen met behulp van hogesnelheidscamera's met hoge resolutie. De resulterende shots zijn behoorlijk trippy:

Teamonderzoek-gepubliceerd Vorige week ontdekte ik in Physical Review Letters dat de backwash precies dat doet. Het draait in de tegenovergestelde richting van de sproeier die water spuugt.

“Een gewoon of front-end machinegeweer is als een raket, omdat het zichzelf voortstuwt door straaljagers af te vuren”, zegt Lev Ristrov, onderzoeker aan de New York University en hoofdauteur van het onderzoek aan de universiteit. launch. “Maar de omgekeerde sprinkler is mysterieus omdat het water dat wordt aangezogen helemaal niet op jets lijkt. We hebben ontdekt dat het geheim verborgen zit in de sprinkler, waar eigenlijk jets zitten die de waargenomen bewegingen verklaren.”

Hoewel de omgekeerde sprinkler in de tegenovergestelde richting draait (zie opmerkingen), doet hij dit met ongeveer 1/50 van de snelheid van een gewone sprinkler. In de omgekeerde sprinkler botsen de geabsorbeerde waterstralen met elkaar, maar niet rechtstreeks, en de vermenging van dat interne water zorgt ervoor dat de sprinkler langzaam draait.

Brennan Sprinkle, een toepasselijk genaamde onderzoeker aan de Colorado School of Mines en co-auteur van het onderzoek, voegde eraan toe dat de methoden die in het experiment worden gebruikt “bruikbaar zullen zijn voor veel praktische toepassingen waarbij apparaten betrokken zijn die reageren op lucht- of waterstroming.”

Wat de mogelijke toepassingen ook mogen zijn, het dilemma dat zich voor het eerst voordeed in de jaren tachtig van de negentiende eeuw is eindelijk beantwoord, met precisietests en modellering die 140 jaar geleden niet mogelijk zouden zijn geweest. Ik hoop dat dit je iets geeft om toe te voegen aan je volgende lezing over de vloeistofdynamica.

meer: De explosieve sprinkler is een AI-aangedreven alternatief voor een oude man die tegen kinderen schreeuwt dat ze van zijn gazon moeten komen