Λύθηκε το «Πρόβλημα του Ποτιστικού» του Φάινμαν μετά από 140 χρόνια – Ανακάλυψαν γιατί γυρίζει ανάποδα

Ένα επιστημονικό ερώτημα που απασχολούσε τους ερευνητές για περισσότερο από έναν αιώνα φαίνεται πως βρήκε οριστική απάντηση.

Πρόκειται για το λεγόμενο «Πρόβλημα του Ποτιστικού», ένα φαινομενικά απλό αλλά ιδιαίτερα περίπλοκο ζήτημα της φυσικής των ρευστών.

Ομάδα μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης και τη Σχολή Μεταλλείων του Κολοράντο κατάφερε να εξηγήσει τι συμβαίνει όταν ένας περιστροφικός εκτοξευτήρας νερού λειτουργεί αντίστροφα, δηλαδή όταν αντί να εκτοξεύει νερό προς τα έξω, το απορροφά προς το εσωτερικό.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι σε αυτή την περίπτωση η συσκευή δεν παραμένει ακίνητη, αλλά περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κανονική λειτουργία.

Η αιτία βρίσκεται στις δυνάμεις που δημιουργούνται από τις εσωτερικές ροές του νερού.

«Η εργασία μας δίνει την πειραματική απάντηση στο Πρόβλημα του Ποτιστικού του Φάινμαν, δείχνοντας σε διαφορετικούς τύπους συσκευών με ποιον τρόπο η στροφορμή της ροής του νερού προκαλεί την περιστροφή τους», δήλωσε ο Λάιφ Ρίστροφ, αναπληρωτής καθηγητής στο Courant Institute του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.

Το ερώτημα είχε τεθεί ήδη από το 1883 από τον φυσικό Ερνστ Μαχ, όμως έγινε ευρύτερα γνωστό χάρη στον νομπελίστα φυσικό Ρίτσαρντ Φάινμαν, ο οποίος είχε ασχοληθεί με την επίλυσή του.

Μάλιστα, μια προσπάθειά του να μελετήσει το φαινόμενο είχε καταλήξει σε ατύχημα, όταν ένα γυάλινο δοχείο έσπασε λόγω της υψηλής πίεσης.

Η νέα μελέτη βασίζεται στην ιδέα της «ροής ορμής», σύμφωνα με την οποία το αντίστροφο ποτιστικό συμπεριφέρεται σαν έναν «πύραυλο σε αντίστροφη λειτουργία».

Όταν το νερό κινείται μέσα στη συσκευή, οι πίδακες συγκρούονται ελαφρώς εκτός κέντρου και δημιουργούν δυνάμεις που προκαλούν την αντίστροφη περιστροφή.

Μάλιστα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις ένα ποτιστικό σε αντίστροφη λειτουργία μπορεί να περιστρέφεται έως και 50 φορές ταχύτερα από ένα συμβατικό.

Για να επιβεβαιώσουν ότι η θεωρία τους δεν περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο σχέδιο, οι ερευνητές δημιούργησαν διαφορετικούς τύπους ποτιστικών με ποικίλες καμπύλες, βρόχους και γεωμετρικά σχήματα. Τα πειράματα έδειξαν ότι η βασική αρχή παραμένει ίδια ανεξάρτητα από την κατασκευή.

Παράλληλα, η έρευνα έδειξε ότι η αλλαγή στη γεωμετρία των βραχιόνων μπορεί να επιτρέψει καλύτερο έλεγχο των εσωτερικών ροών, κάτι που ενδέχεται να έχει εφαρμογές σε τεχνολογίες όπως οι τουρμπίνες παραγωγής ενέργειας.

«Δείχνοντας ότι η ροή ορμής αποτελεί την απάντηση στο Πρόβλημα του Ποτιστικού του Φάινμαν, τα ευρήματά μας λύνουν ένα μακροχρόνιο ανοιχτό ζήτημα της φυσικής των ρευστών και προσφέρουν χρήσιμες γνώσεις για τον τρόπο λειτουργίας αυτών των συσκευών», ανέφερε ο Ρίστροφ.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, κλείνοντας έναν από τους πιο γνωστούς γρίφους της μηχανικής των ρευστών.