Matematikai išsprendė Feynmano purkštuvo problemą

Feynmano purkštuvo mįslė

Įsivaizduokite įprastą sodo purkštuvą, kuris sukasi, kai vanduo iš jo išsiveržia. Tačiau kas nutiktų, jei procesas būtų atvirkštinis – purkštuvas įsiurbtų vandenį? Šis klausimas, nors ir atrodo paprastas, dešimtmečius kėlė galvos skausmą fizikams. Jis tapo žinomas kaip „Feynmano purkštuvo problema“, nes net Nobelio laureatas Richardas Feynmanas buvo taip įsitraukęs į šią mįslę, kad eksperimentuodamas susprogdino stiklinį indą.

Matematinis sprendimas

Matematikų komanda iš Niujorko universiteto ir Kolorado kalnakasybos mokyklos pagaliau pateikė atsakymą. Eksperimentai parodė, kad purkštuvas, veikiantis atvirkštine eiga, tikrai sukasi – tačiau priešinga kryptimi ir daug lėčiau, maždaug 50 kartų lėčiau nei įprastai. Sukimą sukelia ne išorinis vanduo, o jėgos, susidarančios pačiame įrenginyje.

Vidinių srautų paslaptis

Pagrindinė priežastis slypi vidiniuose srautuose. Dvi vandens srovės, susiduriančios purkštuvo korpuse, susiduria ne tiesiai, o šiek tiek paslinktos. Šis nukrypimas sukuria sukimo momentą. Autoriai šį mechanizmą aprašė dar 2024 metais, pavadindami jį „impulso srauto teorija“: atvirkštinis purkštuvas elgiasi kaip „išversta raketa“, o jį suka vidinių srautų impulsas.

Praktinė nauda

Ankstesni tyrimai buvo atlikti tik su tvarkingomis S formos vamzdeliais, tačiau dabar mokslininkai išbandė įvairias sodo purkštuvų formas ir patvirtino, kad teorija veikia nepriklausomai nuo geometrijos. Šis atradimas turi ne tik istorinę vertę. Keičiant vamzdelių išlinkimus, galima tiksliai valdyti skysčių srautus viduje, o tai naudinga inžinerijoje, pavyzdžiui, turbinoms, kurios paverčia srauto energiją.