Разгадана загадка обратного разбрызгивателя Фейнмана: новое исследование «забавных разбрызгивателей»
Исследователи Нью-Йоркского университета подтвердили теорию потока импульса, объясняющую вращение обратных разбрызгивателей, и распространили её на «забавные» конструкции.
Исследователи из Института Куранта Нью-Йоркского университета (NYU) провели эксперименты с различными конструкциями «забавных разбрызгивателей», чтобы решить давнюю проблему гидродинамики, сообщается в новой статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Проблема обратного разбрызгивателя связана с физиком Ричардом Фейнманом, который популяризировал её в 1940-х годах, будучи аспирантом Принстонского университета. Концепция восходит к мысленному эксперименту Эрнста Маха 1883 года, который предположил, что обратный разбрызгиватель не будет вращаться из-за взаимного погашения сил. Собственный эксперимент Фейнмана показал лёгкую вибрацию, но без устойчивого вращения.
В 2024 году прикладной математик NYU Лейф Ристроф с коллегами построили разбрызгиватель с подшипниками сверхнизкого трения и обнаружили, что обратный разбрызгиватель вращается в 50 раз медленнее обычного, но по аналогичному принципу — ведёт себя как «ракета наизнанку». Однако то исследование рассматривало только S-образные рукава.
В новом исследовании Ристроф и коллеги испытали собственные «забавные» разбрызгиватели как в прямом (распыление), так и в обратном (всасывание) режимах. Наблюдения полностью подтвердили их теорию потока импульса и противоречили как гипотезе Маха, так и Фейнмана. Команда также выяснила, что форма рукавов контролирует струйный поток, и предоставила рекомендации по проектированию конструкций для создания крутящего момента.
«Наши результаты дают более прочное понимание того, как компоненты реагируют на потоки жидкости — знания, которые могут направлять будущие инженерные и технологические достижения для устройств, таких как турбины, преобразующие эти потоки в энергию», — сказал соавтор Бреннан Спринкл из Колорадской школы горного дела.
Лаборатория Ристрофа регулярно решает подобные красочные реальные загадки, включая исследования рецепта идеального пузыря, формирования каменных лесов, работы клапана Теслы и аэродинамики бумажных самолётиков.