دانشمندان اخیراً مشکل دیرینه ای را حل کرده اند که به عنوان مشکل آبپاش فاینمن شناخته می شود. این مشکل بر درک چگونگی چرخش یک آبپاش در زمان معکوس (کشیدن آب به جای بیرون کردن آن) در جهت مخالف متمرکز بود. حل این مشکل دانش ما را از دینامیک سیالات افزایش می دهد و می تواند به توسعه انرژی های تجدید پذیر کمک کند.
سال‌هاست که دانشمندان با مسئله آبپاش فاینمن دست و پنجه نرم می‌کنند و بررسی می‌کنند که چگونه آب‌پاش‌ها در زمان معکوس، به عنوان آب وارد دستگاه می‌شوند. تیمی از ریاضیدانان آزمایشاتی را برای درک چگونگی اعمال نیرو و حرکت ساختارهای سیالات در جریان انجام دادند و در نهایت این معما را حل کردند.
لیف ریستروف، دانشیار مؤسسه علوم ریاضی کورانت دانشگاه نیویورک و نویسنده ارشد مقاله، توضیح داد: «مطالعه ما با ترکیب آزمایش‌های آزمایشگاهی دقیق با مدل‌سازی ریاضی که نحوه عملکرد یک اسپرینکلر معکوس را توضیح می‌دهد، مشکل را حل می‌کند.» این تیم دریافتند که یک آبپاش معکوس هنگام دریافت آب در مقایسه با زمانی که آن را بیرون می زند، در جهت مخالف می چرخد و یک علت ظریف و شگفت انگیز را آشکار می کند.
آبپاش معمولی که با شلیک جت ها خود را به حرکت در می آورد، به موشک تشبیه شده است. در مقابل، آبپاش معکوس مرموز است زیرا آبی که در آن مکیده می شود شبیه جت نیست. این تحقیق جت های پنهانی را در داخل آبپاش کشف کرد که حرکات مشاهده شده آن را توضیح می دهد.
حل مسئله آبپاش معکوس فاینمن چه دستاوردی برای فیزیک بنیادی خواهد داشت؟
اگرچه درک آبپاش معکوس ممکن است کاربردهای عملی فوری نداشته باشد، اما به دانش ما از فیزیک اساسی کمک می کند. این یافته ها می تواند مهندسی دستگاه هایی را که از سیالات جاری برای کنترل حرکات و نیروها استفاده می کنند، بهبود بخشد.
این پیشرفت تجربی شامل دستگاه‌های آبپاش سفارشی ساخته شده بود که در آب غوطه‌ور شدند و محققان جریان آب را در داخل و خارج دستگاه مشاهده و اندازه‌گیری کردند. این تیم یک یاتاقان چرخشی جدید با اصطکاک کم ساخت تا دستگاه بتواند آزادانه بچرخد. افزودن رنگ‌ها و ریزذرات به آب، که توسط لیزر روشن شده و با دوربین‌های پرسرعت گرفته شده‌اند، امکان مشاهده دقیق فرآیند آبپاش معکوس را فراهم می‌کند.
نتایج نشان داد که یک آبپاش معکوس بسیار کندتر از آبپاش معمولی می چرخد اما از مکانیسم های مشابهی پیروی می کند. اهمیت این مطالعه نه تنها در حل یک مشکل فیزیکی مربوط به دهه ۱۸۸۰ نیست بلکه در پتانسیل آن برای بهره مندی از توسعه منابع انرژی سازگار با آب و هوا نهفته است. درک دینامیک سیالات برای به کارگیری انرژی تجدیدپذیر از منابعی مانند باد، امواج و جریان ها بسیار مهم است.
منابع
