Konečně matematici vyřešili Feynmanův problém „zpětného postřikovače“.

Typický postřikovač trávníku má různé trysky uspořádané pod úhly na rotujícím kole; Když je voda čerpána, uvolňuje proudy, které způsobují protáčení kola. Co by se ale stalo, kdyby se voda místo toho nasála do postřikovače? Jakým směrem se pak kolo otočí, nebo se otočí vůbec? Toto je podstata“Zpětný nástřik„Problém, kterému od 40. let 20. století čelili mimo jiné fyzici jako Richard Feynman. Nyní aplikovaní matematici na New York University věří, že hádanku vyřešili, podle Nedávný papír Odpověď zveřejněná v časopise Physical Review Letters zpochybňuje konvenční názory na toto téma.

„Naše studie řeší problém kombinací pečlivých laboratorních experimentů s matematickým modelováním, které vysvětluje, jak fungují sprinklery se zpětným tokem.“ řekl spoluautor Lev Ristrov Z Courantova institutu na New York University. „Zjistili jsme, že reverzní postřikovač se při nasávání vody otáčí opačným nebo opačným směrem, jako když jej vypouští, a důvod je nenápadný a překvapivý.“

Ristrova laboratoř často řeší tyto druhy barevných hádanek ze skutečného světa. Například v roce 2018 Ristrov a kolegové Jemně vyladěný Recept na perfektní bubliny je založen na experimentech s tenkými filmy vyrobenými z mýdla. (Chcete kruhovou hůlku, která má obvod 1,5 palce a měla by jemně foukat konstantní rychlostí 6,9 cm/s.) Hledal jsem dovnitř Procesy formování, které jsou základem takzvaných „kamenných lesů“, jsou běžné v určitých oblastech Číny a Madagaskaru. Tyto špičaté skalní útvary, jako ty slavné Kamenný les V provincii Yunnan v Číně je to výsledek tání pevných látek na kapaliny v přítomnosti gravitace, což má za následek přirozené konvektivní proudění.

V roce 2021 jeho laboratoř Sestrojil funkční Tesla ventilPodle návrhu vynálezce se průtok vody ventilem měří v obou směrech při různých tlacích. Zjistili, že voda teče asi dvakrát pomaleji v nepreferovaném směru. V roce 2022 Ristrov studoval Velmi složitá aerodynamika Co dělá dobrého draka, konkrétně co je potřeba pro hladký let. Zjistili, že aerodynamika draka se výrazně liší od běžných letadel, která při generování vztlaku spoléhají na křidélka.

Přiblížit / Ilustrace „reakčního kola“ od Ernsta Macha mechanické (1883).

Veřejná doména

Problém zpětného rozptylu je spojen s Feynmanem, protože tento koncept zpopularizoval, ale ve skutečnosti sahá až do kapitoly v učebnici Ernsta Macha z roku 1883. Mechanika (Die Mechanik in Ihrer Entwicklung Historisch-Kritisch Dargerstellt). Machův myšlenkový experiment zůstal v relativním neznámu, dokud skupina fyziků na Princetonské univerzitě nezačala ve 40. letech 20. století diskutovat o tomto problému.

Feynman tam byl tehdy postgraduálním studentem a do debaty se vrhl s velkým nadšením, dokonce vymyslel experiment v cyklotronové laboratoři, aby ověřil svou hypotézu. (Ve skutečném Feynmanově způsobu tento experiment vyvrcholil explozí skleněného vozíku zařízení kvůli vysokému vnitřnímu tlaku.)

Někdo by si mohl myslet, že reverzní zavlažovač bude fungovat stejně jako běžný zavlažovač, pouze běží takříkajíc pozpátku. Fyzika se ale ukazuje být složitější. „Odpověď je na první pohled zcela zřejmá,“ napsal Feynman. To si asi děláte legraci, pane Feynmane (1985). „Problém je v tom, že někteří lidé si mohou myslet, že je to zcela zřejmé.“ [that the rotation would be] Jedna cesta a někdo jiný by si mohl myslet, že druhá cesta je zcela jasná.