Un sistema di irrigazione con uno spruzzatore che aspira acqua invece di spruzzarla. Il movimento è instabile e più lento, ma la direzione si inverte. Scopri come la meccanica dei fluidi rende questo fenomeno un enigma.
Immagina un sistema di irrigazione con bracci a forma di S. L’acqua esce e lo spruzzatore si muove – finora, sembra abbastanza semplice. Ora immagina la versione completamente opposta: il tuo spruzzatore è immerso e aspira acqua. La domanda che il fisico Richard Feynman si è posto era la seguente: in quale direzione ruota? Ora abbiamo una risposta, che mostra la complessità del movimento dei fluidi.
Se hai un’idea chiara e semplice di come si comporterebbe, sei in buona compagnia. Feynman credeva che le persone sarebbero state o nel campo della rotazione inversa o nel campo della rotazione uguale, con una logica solida su come funzionerebbe. Gli esperimenti dal 1985 (quando è stato pubblicato il libro “Sicuramente stai scherzando, Mr. Feynman!”) sono più un insieme di risultati misti, mostrando rotazione inversa, rotazione instabile che cambia direzione e movimento completamente dipendente dalla geometria del sistema. È un grande pasticcio.
Le ultime ricerche si sono proposte di fornire una comprensione globale della meccanica del sistema. Grazie a una precisa configurazione sperimentale e a successive modellazioni, il team è arrivato alla soluzione del puzzle. Lo spruzzatore in effetti inverte la direzione, ma questo movimento è instabile e molto più lento. Quindi, invertire il flusso dell’acqua in un sistema di irrigazione non è la stessa cosa che vedere il sistema giocare al contrario.
Il primo passo per comprendere la sfida è immergere lo spruzzatore nell’acqua e farlo ruotare. Questo deve accadere con il minimo attrito possibile in entrambe le direzioni. Nel movimento standard in avanti, il movimento dello spruzzatore è guidato dalla propulsione a getto. Nella versione inversa, lo spruzzatore è ancora guidato dalla propulsione a getto, ma con una velocità di rotazione media circa 50 volte più lenta.
L’approccio inverso è ancora un enigma se non si riesce a seguire ciò che accade all’interno dello spruzzatore. Dopotutto, il flusso che entra dovrebbe annullarsi e non generare alcun momento netto. Il team ha utilizzato coloranti e luce per seguire il comportamento del flusso. Nel caso in avanti, lo spruzzatore si muove splendidamente mentre l’acqua esce dai bracci a forma di S.
I bracci a forma di S nello spruzzatore inverso, che nel video sopra viene tenuto fermo per aiutare a visualizzare il comportamento interno, lanciano leggermente l’acqua fuori dal centro, creando un movimento piccolo ma misurabile. Il flusso è asimmetrico, dando origine ai profili peculiari osservati nei vari esperimenti.
“Lo spruzzatore regolare o ‘in avanti’ è simile a un razzo, poiché si propelle sparando getti”, ha dichiarato l’autore principale Leif Ristroph, della New York University, in una dichiarazione.. “Ma lo spruzzatore inverso è misterioso poiché l’acqua che viene aspirata non assomiglia affatto a getti. Abbiamo scoperto che il segreto è nascosto all’interno dello spruzzatore, dove ci sono effettivamente getti che spiegano i movimenti osservati.”
Non c’è bisogno di spruzzatori che aspirano acqua, ma le applicazioni per dispositivi il cui flusso potrebbe essere simile hanno ora un solido modello su cui fare affidamento. E sebbene questo sia specifico per l’acqua, la meccanica di questo fenomeno è condivisa tra i fluidi.
Un articolo che descrive i risultati è pubblicato sulla rivista APS Physical Review Letters.
