Mathematiker haben gerade das Maschinengewehr umgedreht

Seit 141 Jahren beschäftigen sich Physiker wie Richard Feynman mit der Frage des Flüssigkeitsflusses: Wie könnte sich ein Sprinkler drehen, wenn er unter Wasser wäre und Materie ansaugt, anstatt sie auszuspucken? Nun hat ein Forscherteam eine Antwort gefunden.

Obwohl die Idee erstmals in den 1880er Jahren von Experimentatoren vorgeschlagen wurde, veröffentlichte Feynman sie Mitte des 20. Jahrhunderts erneut, bis sie als bekannt wurde Feynman-Maschinengewehr. Das Problem war folgendes: Ein normaler Sprinkler mit S-Armen spuckte Wasser aus, wodurch die Arme rotierten und alles bewässerte, was bewässert werden musste. Aber ob sich der Rückwärtssprinkler überhaupt drehen würde, blieb eine offene Frage, und das nicht aus Mangel an Versuchen.

Feynman nutzte diese Idee einige Zeit und sogar Ein Experimentierset wurde gebaut um die Frage zu beantworten, während er ein Doktorand an der Princeton University war. (Das Experiment endete, als eine große, mit Wasser gefüllte Flasche explodierte.)

Jetzt hat ein Forscherteam der New York University es neu gestartet. Das Rücksprühsystem (wie ich es nenne – es rollt direkt von der Zunge!) besteht aus einem Sprinkler, der auf einem „extrem reibungsarmen“ Lager eingetaucht ist. Laut einer Aussage der New York Universityum die Fähigkeit des Geräts zu verbessern, sich frei zu drehen, und ist so konzipiert, dass sie den Wasserfluss durch das Gerät einfach überwachen können.

Zu diesem Zweck färbte das Team auch das Wasser, fügte ihm Mikropartikel hinzu, beleuchtete es mit einem hellgrünen Laser und zeichnete das gesamte Experiment mit hochauflösenden Hochgeschwindigkeitskameras auf Video auf. Die resultierenden Aufnahmen sind ziemlich trippig:

Teamforschung-veröffentlicht Letzte Woche habe ich in Physical Review Letters herausgefunden, dass die Rückspülung genau das bewirkt. Es dreht sich in die entgegengesetzte Richtung wie der Sprinkler, der Wasser spuckt.

„Ein normales oder ‚Front-End‘-Maschinengewehr ist wie eine Rakete, weil es sich durch das Abfeuern von Düsen fortbewegt“, sagte Lev Ristrov, Forscher an der New York University und Hauptautor der Studie an der Universität. Start. „Aber der umgekehrte Sprinkler ist mysteriös, weil 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 in die entgegengesetzte Richtung dreht (siehe Hinweise), geschieht dies mit etwa 1/50 der Geschwindigkeit eines normalen Sprinklers. Im Umkehrsprinkler kollidieren die absorbierten Wasserstrahlen miteinander, jedoch nicht direkt, und die Vermischung des internen Wassers führt dazu, dass sich der Sprinkler langsam dreht.

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 es um Geräte geht, die auf Luft- oder Wasserströmungen reagieren“.

Was auch immer die potenziellen Anwendungen sein mögen, das Dilemma, das erstmals in den 1880er Jahren auftrat, wurde endlich gelöst, und zwar mit präzisen Tests und Modellierungen, die vor 140 Jahren noch nicht möglich gewesen wären. Ich hoffe, dass Sie damit etwas zu Ihrem nächsten Vortrag über Strömungsdynamik hinzufügen können.

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