لقد عكس علماء الرياضيات للتو الرشاش

على مدار 141 عامًا، ظل الفيزيائيون مثل ريتشارد فاينمان في حيرة بشأن مسألة تدفق السوائل: كيف يمكن أن يدور الرشاش إذا كان تحت الماء، ويمتص المادة بدلاً من قذفها؟ الآن، وجد فريق من الباحثين إجابة.

على الرغم من أن الفكرة تم اقتراحها لأول مرة من قبل التجريبيين في ثمانينيات القرن التاسع عشر، إلا أن فاينمان أعاد نشرها في منتصف القرن العشرين، إلى الحد الذي أصبحت تُعرف به باسم رشاش فاينمان. كانت المشكلة كالتالي: الرشاش العادي ذو الأذرع على شكل حرف S سوف ينفث الماء، ويدفع الأذرع للدوران، ليسقي كل ما يحتاج إلى الري. ولكن ما إذا كان الرشاش العكسي سيدور على الإطلاق ظل سؤالًا مفتوحًا، وليس بسبب عدم المحاولة.

استخدم فاينمان هذه الفكرة لبعض الوقت وحتى بنيت مجموعة تجريبية لمعالجة السؤال أثناء وجوده كطالب دراسات عليا في جامعة برينستون. (انتهت التجربة عندما انفجرت زجاجة كبيرة مملوءة بالماء).

والآن، قام فريق من الباحثين في جامعة نيويورك بإعادة تشغيله. يتكون نظام إعادة الرش العكسي (كما أسميه – يتدحرج مباشرة من اللسان!) من رشاش مغمور على محمل “منخفض الاحتكاك للغاية”، وفقا لبيان جامعة نيويورك، لتحسين قدرة الجهاز على الدوران بحرية، وتم تصميمه بطريقة تسمح لهم بمراقبة تدفق المياه بسهولة عبر الجهاز.

ولتحقيق هذه الغاية، قام الفريق أيضًا بصبغ الماء، وإضافة جزيئات دقيقة إليه، وإضاءته بالليزر الأخضر الساطع، وقام بتصوير التجربة بأكملها بالفيديو باستخدام كاميرات عالية الدقة وعالية السرعة. اللقطات الناتجة ثلاثية جدًا:

أبحاث الفريق-نشرت الأسبوع الماضي في رسائل المراجعة الفيزيائية – وجدت أن الرشاش العكسي يفعل ذلك بالضبط. يدور في الاتجاه المعاكس للرشاش الذي يقذف الماء.

وقال ليف ريستروف، الباحث في جامعة نيويورك والمؤلف الرئيسي للدراسة في الجامعة: “إن الرشاش العادي أو “الأمامي” يشبه الصاروخ، لأنه يدفع نفسه عن طريق إطلاق نفاثات”. يطلق. “لكن الرشاش العكسي غامض لأن الماء الذي يتم امتصاصه لا يبدو مثل النفاثات على الإطلاق. لقد اكتشفنا أن السر مخفي داخل الرشاش، حيث توجد بالفعل نفاثات تشرح الحركات المرصودة.

على الرغم من أن الرشاش العكسي يدور (راجع الملاحظات) في الاتجاه المعاكس، إلا أنه يفعل ذلك بسرعة تبلغ حوالي 1/50 من سرعة الرشاش العادي. داخل الرشاش العكسي، تتصادم نفاثات الماء الممتصة مع بعضها البعض، ولكن ليس بشكل مباشر، ويؤدي اختلاط ذلك الماء الداخلي إلى بطء دوران الرشاش.

وأضاف برينان سبرينكل، الباحث المسمى بشكل مناسب في كلية كولورادو للمناجم والمؤلف المشارك للدراسة، أن الأساليب المستخدمة في التجربة “ستكون مفيدة للعديد من التطبيقات العملية التي تتضمن الأجهزة التي تستجيب لتدفق الهواء أو الماء”.

ومهما كانت التطبيقات المحتملة، فقد تمت الإجابة أخيرًا على المأزق الذي ظهر لأول مرة في ثمانينيات القرن التاسع عشر، من خلال اختبار الدقة والنمذجة التي لم تكن ممكنة قبل 140 عامًا. آمل أن يمنحك هذا شيئًا لتضيفه إلى محادثتك القادمة حول ديناميكيات الموائع.

أكثر: الرشاش المتفجر هو بديل مدعوم بالذكاء الاصطناعي لرجل عجوز يصرخ على الأطفال للنزول من حديقته