Разгадка тайны обратного спринклера

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Загадка обратного спринклера, привлекавшая внимание ученых на протяжении десятилетий, наконец, находит свое разрешение благодаря последним исследованиям группы математиков из Нью-Йоркского университета и Колорадской школы горных наук. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, авторы детально описывают результаты своих экспериментов, которые раскрывают внутренние механизмы работы этого интересного устройства.


На этой фотографии показано, как флуоресцеиновый краситель выбрасывается из разбрызгивателя при его вращении в прямом режиме
Автор: NYU's Applied Mathematics Laboratory Источник: phys.org

Суть проблемы заключается в том, что обычный спринклер работает как ракета, выбрасывающая струи воды из своих труб или «ручек», что приводит к его вращению. Однако, что происходит, если вода вместо выхода из устройства, поступает в него? Как он вращается, в каком направлении и почему? Эти вопросы волновали умы ученых с середины XIX века, когда Эрнст Мах впервые поставил эту проблему, и до сегодняшнего дня она оставалась открытой для научного сообщества.

Недавние исследования, проведенные командой под руководством профессора Лейфа Ристрофа, показывают, что обратный спринклер действует как «внутренне-наружная ракета», с водными струями, направленными внутрь камеры устройства. Эти струи, сталкиваясь друг с другом внутри спринклера, порождают силы, приводящие к его вращению в обратном направлении. Этот результат был достигнут благодаря точным экспериментам в лаборатории, сочетаемым с математическим моделированием, и позволяет нам глубже понять фундаментальные принципы физики жидкостей.

(a) Схема плавучего спринклера в разрезе, (b) Аппаратура управления потоком, работающая в режиме всасывания, и (c) Визуализация потока с лазерной подсветкой воды, насыщенной частицами
Автор: Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.044003 Источник: phys.org

Кроме того, исследователи разработали новый тип подшипника ультранизкого трения, а также спроектировали спринклер таким образом, чтобы иметь возможность наблюдать и измерять, как вода течет внутри, снаружи и через него. Это методическое достижение позволило получить более точные данные о процессе работы обратного спринклера и значительно продвинуло наше понимание физики жидкостей.

Важно отметить, что эти открытия не только раскрывают секреты обратного спринклера, но и имеют потенциальное применение в области использования альтернативных источников энергии. Понимание механизмов, лежащих в основе работы устройств, использующих потоки жидкостей для управления движением и силами, может помочь в разработке более эффективных и экологически чистых технологий.

В заключение, открытия, сделанные в рамках этого исследования, являются значительным шагом вперед в области физики жидкостей и могут иметь широкое применение в инженерии, энергетике и других отраслях науки и техники. Благодаря тщательным экспериментам и инновационному подходу, ученые приблизились к решению долгоиграющей загадки обратного спринклера, открывая новые горизонты для дальнейших исследований и технологических разработок.