Уявіть собі спринклерну систему з S-подібними плечима. Вода витікає, а спринклер рухається – поки що це здається досить простим. А тепер уявіть повністю протилежну версію: Ваш спринклер занурений і всмоктує воду. Питання, яке поставив фізик Річард Фейнман, було наступним: в якому напрямку вона обертається? Тепер у нас є відповідь, яка демонструє складність руху рідин.
Якщо у вас є просте чітке уявлення про те, як це буде поводитися, ви в хорошій компанії. Фейнман вважав, що люди будуть або в таборі зворотної ротації, або в тому ж таборі ротації, з розумною логікою або як це буде працювати. Експерименти з 1985 року (тоді була опублікована книжка «Ви, правда, жартуєте, містере Фейнман!») є скоріше неоднозначними, демонструючи зворотне обертання, нестаціонарне обертання, яке змінює напрямок, і рух, який повністю залежить від геометрії системи. Це великий безлад.
Останні дослідження мають на меті забезпечити глобальне розуміння механіки системи. Завдяки точній експериментальній установці та послідовному моделюванню команда дійшла до вирішення головоломки. Спринклер справді змінює напрямок, але цей рух є непостійним і набагато повільнішим. Таким чином, реверсувати потік води в спринклерній системі не те саме, що бачити, як система працює назад.
Першим кроком для розуміння проблеми є занурення спринклера у воду та змусити його обертатися. Це має відбуватися з якомога меншим тертям у будь-якому напрямку. У стандартному русі вперед спринклер рухається реактивним двигуном. У зворотній версії спринклер все ще приводиться в рух реактивним двигуном, але із середньою швидкістю обертання приблизно в 50 разів повільніше.
Зворотний підхід все ще викликає здивування, якщо ви не можете відстежити, що відбувається всередині спринклера. Зрештою, потік, що йде всередину, повинен гаситися і не створювати чистого крутного моменту. Команда використовувала барвники та світло, щоб стежити за поведінкою потоку. У передньому корпусі спринклер красиво рухається, коли вода витікає з s-подібних плечей.
Руки у формі зворотного спринклера, який на відео вище залишається нерухомим, щоб допомогти візуалізувати внутрішню поведінку, відштовхували воду трохи від центру, створюючи невеликий, але вимірний рух. Потік асиметричний, що породжує своєрідні профілі, які спостерігаються в різних експериментах.
«Звичайний або «передній» спринклер схожий на ракету, оскільки він рухається, випускаючи струмені», — сказав старший автор дослідження Лейф Рістроф з Нью-Йоркського університету . «Але реверсивний спринклер загадковий, оскільки вода, що всмоктується, зовсім не схожа на струмені. Ми виявили, що секрет прихований всередині спринклера, де справді є струмені, які пояснюють спостережувані рухи».
Немає потреби в спринклерах, які всмоктують воду, але програми для пристроїв, потік яких може бути подібним, тепер мають надійне моделювання, на яке можна покластися. І хоча це специфічно для води, механіка цього спільна для рідин.