Seit 141 Jahren rätseln Physiker wie Richard Feynman über die Frage des Flüssigkeitsflusses: Wie würde sich ein Sprinkler drehen, wenn er unter Wasser wäre und das Material ansaugt, anstatt es auszuspucken? Nun hat ein Forscherteam eine Antwort gefunden.
Obwohl die Idee erstmals in den 1880er Jahren von Experimentatoren vorgeschlagen wurde, wurde sie Mitte des 20. Jahrhunderts von Feynman wieder populär gemacht, so dass sie als bekannt wurde Feynmans Sprinkler. Das Problem war folgendes: Ein normaler Sprinkler mit S-förmigen Armen spuckt Wasser aus, treibt die Arme in Rotation und bewässert alles, was bewässert werden muss. Aber ob sich ein Umkehrsprinkler überhaupt drehen würde, blieb eine offene Frage, und das nicht aus Mangel an Versuchen.
Feynman beschäftigte sich eine Weile und sogar mit der Idee baute einen Versuchsaufbau auf um die Frage während eines Doktoranden in Princeton zu beantworten. (Das Experiment endete, als eine große, mit Wasser gefüllte Flasche explodierte.)
Jetzt hat ein Forscherteam der New York University es zurückgewiesen. Der Reverse-Sprinkler-Redux (wie ich ihn nenne – rollt direkt von der Zunge!) bestand aus einem eingetauchten Sprinkler auf einem „extrem reibungsarmen“ Lager. laut einer Pressemitteilung der NYUum die Fähigkeit des Geräts zu optimieren, sich frei zu drehen, und so konzipiert, dass sie den Wasserfluss durch das Gerät leicht beobachten können.
Zu diesem Zweck färbte das Team das Wasser auch, fügte ihm Mikropartikel hinzu, beleuchtete es mit hellgrünen Lasern und zeichnete das gesamte Experiment mit hochauflösenden Hochgeschwindigkeitskameras auf Video auf. Das resultierende Filmmaterial ist ziemlich trippig:
Die Forschung des Teams –veröffentlicht letzte Woche in Physical Review Letters – herausgefunden, dass ein Umkehrsprinkler genau das tut. Es dreht sich in die entgegengesetzte Richtung wie ein Sprinkler, der Wasser ausstößt.
„Der reguläre oder ‚vorwärts gerichtete‘ Sprinkler ähnelt einer Rakete, da er sich selbst durch das Abfeuern von Strahlen antreibt“, sagte Leif Ristroph, Forscher an der NYU und Hauptautor der Studie, an der Universität freigeben. „Aber der umgekehrte Sprinkler ist mysteriös, da das angesaugte Wasser überhaupt nicht wie Strahlen aussieht. Wir haben herausgefunden, dass das Geheimnis im Inneren des Sprinklers verborgen ist, wo es tatsächlich Düsen gibt, die die beobachteten Bewegungen erklären.“
Obwohl sich der Umkehrsprinkler rückwärts dreht (überprüft Notizen), geschieht dies nur mit etwa 1/50 der Geschwindigkeit eines gewöhnlichen Sprinklers. Im Inneren des Umkehrsprinklers kollidieren die angesaugten Wasserstrahlen miteinander, allerdings nicht frontal, und die Vermischung des inneren Wassers führt zu einer langsamen Rotation des Sprinklers.
Brennan Sprinkle, ein entsprechend benannter Forscher an der Colorado School of Mines und Mitautor der Studie, fügte hinzu, dass die im Experiment verwendeten Methoden „für viele praktische Anwendungen nützlich sein werden, bei denen Geräte beteiligt sind, die auf strömende Luft oder Wasser reagieren“.
Was auch immer die potenziellen Anwendungen sein mögen, ein Dilemma, das erstmals in den 1880er Jahren aufkam, wurde endlich gelöst, und zwar mit präzisen Tests und Modellierungen, die vor 140 Jahren einfach nicht möglich waren. Ich hoffe, dass dies Ihnen etwas gibt, das Sie in Ihr nächstes Gespräch über Fluiddynamik einfließen lassen können.
Mehr: Einbrecher-Sprenger ist ein KI-gestützter Ersatz für einen alten Mann, der Kinder anschreit, sie sollen seinen Rasen verlassen