Článek
Všichni známe postřikovač trávníku s rameny, který se při zavlažování otáčí, protože vystřikující voda vytváří pohyb odstředivou silou. Jenomže slavný fyzik Richard Feynman přišel se záludnou otázkou.
Co by se stalo, kdyby byl zavlažovač trávníku ve tvaru písmene S, který se otáčí, když voda stříká, umístěn pod vodu a místo aby vystřikoval vodu, vodu by nasával?
Původ této otázky je z učebnice fyzika Ernsta Macha. Machův myšlenkový experiment upadl v zapomnění, až o něm začala debatovat skupina fyziků z Princetonské univerzity ve 40. letech 20. století.
Feynman tam byl v té době postgraduálním studentem a začal experimentovat v cyklotronové laboratoři. Nedopadlo to šťastně. Experiment vyvrcholil explozí skleněného kontejneru použitého v přístroji kvůli vysokému vnitřnímu tlaku. Feynman byl známý tím, že jeho experimenty byly vždy poněkud riskantní.
Ale kterým směrem by se postřikovač otáčel? Odpověď se zdá být jasná, jenomže každému jinak. I další experimenty přinesly protichůdné výsledky.
Intuitivně se zdá, že reverzní zavlažovač bude fungovat stejně jako běžný, jenomže se bude točit pozpátku. Fyzika ukázala, že věc je podstatně složitější.
Experimenty poskytly protichůdné odpovědi, ale nyní vědci mají finální řešení. Při nasávání vody zavlažovač obrací směr otáčení a pohyb je nestabilní a mnohem pomalejší. Vysvětlení zahrnuje podrobnosti o proudění tekutiny v geometrii postřikovače.
Matematik Leif Ristroph z Newyorské univerzity a jeho kolegové se rozhodli tuto záležitost vyřešit. „Jak jsme na tomto problému pracovali, byli jsme vtahováni hlouběji a hlouběji a museli jsme vyvíjet metody na každém kroku,“ říká Ristroph.
Zavlažovač musí být schopen otáčet se s co nejmenším třením. Tým vědců vymyslel systém, ve kterém rotující náboj obsahující ponořená ramena ve tvaru písmene S volně plave v nádrži s vodou.
Vzhledem k předchozím sporům o to, zda je nějaký pohyb skutečně ustáleným stavem nebo jen přechodným, potřebovali vědci provádět experiment po několik hodin. To umožnilo měřit pohyby s vysokou přesností.
Pro přesnost byla použita barviva a suspendované mikročástice, které rozptylují laserové světlo.
Proudění vody je odlišné podle toho, jak je voda nasávána do ramen. Pohyb není stálý, vykazuje neustálé kolísání rychlosti. Celková průměrná rychlost rotace je asi 50krát pomalejší, než když voda proudí ven. Přesto experiment potvrdil matematický výpočet týmu.
„Zdá se, že tato studie je prvním vážným pokusem řešit Feynmanův problém s postřikovači přímo pomocí přesných experimentů,“ řekl odborník na dynamiku tekutin John Bush, Ph.D., z Massachusetts Institute of Technology. Pečlivě navržená geometrie a nízké tření podle něj pomáhají přesně určit příslušné mechanismy.
V mechanice tekutin existují aplikace, ve kterých je důležité přesně řídit tok tekutin a pochopit modifikace sil, kterým jsou vystaveny.
Richard Feynman byl americký teoretický fyzik, žijící ve 20. století. Byl považován za brilantní ikonickou osobnost ve svém oboru. V roce 1965 mu byla udělena Nobelova cena za fyziku.
