Immaginate un sistema di irrigazione con bracci a forma di S. L’acqua esce e l’irrigatore si muove - fin qui tutto sembra abbastanza semplice. Ora immaginate la versione completamente opposta: il vostro irrigatore è sommerso e sta aspirando acqua. La domanda che il fisico Richard Feynman si pose fu la seguente: in quale direzione ruota? Ora abbiamo una risposta, che mostra la complessità del movimento dei fluidi.
Se avete un’idea semplice e chiara di come si comporterebbe, siete in buona compagnia. Feynman credeva che le persone sarebbero state o nel campo della rotazione inversa o in quello della stessa rotazione, con una logica solida su come funzionerebbe. Gli esperimenti dal 1985 (quando fu pubblicato il libro “Surely You’re Joking, Mr. Feynman!”) sono più un miscuglio, mostrando rotazione inversa, rotazione instabile che cambia direzione e movimento completamente dipendente dalla geometria del sistema. È un gran pasticcio.
La ricerca per una comprensione globale
L’ultima ricerca si è prefissata di fornire una comprensione globale della meccanica del sistema. Grazie a una configurazione sperimentale precisa e alla modellazione successiva, il team è arrivato alla soluzione del rompicapo. L’irrigatore effettivamente 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 riprodursi al contrario.
Il primo passo per comprendere la sfida è immergere l’irrigatore nell’acqua e farlo ruotare. Questo deve avvenire con il minor attrito possibile in entrambe le direzioni. Nel movimento standard in avanti, il movimento dell’irrigatore è guidato dalla propulsione a getto. Nella versione inversa, l’irrigatore è ancora guidato dalla propulsione a getto, ma con una velocità di rotazione media circa 50 volte più lenta.
La sfida dell’approccio inverso
L’approccio inverso rimane un rompicapo se non si riesce a tracciare ciò che accade all’interno dell’irrigatore. Dopotutto, il flusso che entra dovrebbe annullarsi e non generare alcuna coppia netta. Il team ha utilizzato coloranti e luce per seguire il comportamento del flusso. Nel caso in avanti, l’irrigatore si muove splendidamente mentre l’acqua esce dai bracci a forma di S.
I bracci dell’irrigatore inverso, che nel video sopra è mantenuto fermo per aiutare a visualizzare il comportamento interno, lanciano l’acqua leggermente fuori dal centro, creando un movimento piccolo ma misurabile. Il flusso è asimmetrico, dando origine ai profili peculiari visti nei vari esperimenti.
La scoperta nascosta all’interno dell’irrigatore
“L’irrigatore regolare o ‘in avanti’ è simile a un razzo, poiché si propelle sparando getti d’acqua”, ha dichiarato l’autore principale Leif Ristroph, della New York University, in una dichiarazione. “Ma l’irrigatore inverso è misterioso poiché l’acqua che viene aspirata non sembra affatto getti. Abbiamo scoperto che il segreto è nascosto all’interno dell’irrigatore, dove ci sono effettivamente getti che spiegano i movimenti osservati.”
Non c’è bisogno di irrigatori che aspirino acqua, ma le applicazioni per dispositivi il cui flusso potrebbe essere simile hanno ora una modellazione solida su cui fare affidamento. E mentre questo è specifico per l’acqua, la meccanica di questo è condivisa tra i fluidi.
Un articolo che descrive i risultati è pubblicato nella rivista APS Physical Review Letters.
