Onlarca yıllık fizik bulmacası: Feynman'ın fıskiye problemi nihayet çözüldü: ScienceAlert
Nesiller boyunca yaz sıcağı, çocukları eski S şeklindeki bahçe fıskiyelerinin oluşturduğu dalgalı su akıntılarında koşmaya yöneltti.
Peki yağmurlama başlığı suya daldırılıp suya batırılırsa ne olur? Akış tersine çevrilirse, akan suyun kuvvetiyle yönlendirilirse normal bir sprinkler gibi mi dönecek yoksa emme, dönüşü ileri doğru çektiğinde ters yönde mi dönecek? Garip bir şekilde hareketsiz kalması mümkün mü?
Budur Onlarca yıllık bir sorun Yirminci yüzyılın ortalarında ünlü fizikçi Richard Feynman'ın meşhur ettiği bir soru… Feynman'ın makineli tüfek sorunu.
Artık bir grup matematikçi, matematiksel modellemeyle desteklenen bir dizi laboratuvar deneyi yoluyla sorunu nihayet çözdüklerine inanıyor.
Kesinlikle ilk deneyenler onlar değil, ancak tahminlerinin deneysel sonuçlarla doğrulanması yararlı olacaktır.
1940'ların başında Feynman Princeton Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisiydi. Geçici bir deneyim oluşturduk Meslektaşlarına göre bu, makineli tüfeğin bazı küçük salınımlardan sonra sabit kaldığını gösterdi. Ernst Mach, 1883'te soruna ilişkin ilk belgelenmiş referansta benzer şekilde düşünüyordu.
O zamandan bu yana yapılan deneyler çelişkili sonuçlar verdi: Bazıları makineli tüfek kafasını gösteriyor Ters yönde dön; Diğerleri bunu fark etti Yönleri yanlış değiştirme Veya kısa bir süreliğine hareket edin.
NYU fizik doktora öğrencisi Caizhi Wang ve meslektaşları, bu tutarsızlıkları önceki deney düzeneğinin geometrisine ve dönen şaft ile diğer kuvvetlere direnebilecek iç yatak arasındaki sürtünmeye bağladılar.
Böylece, özel yapım geri vitesin serbestçe dönmesine olanak tanıyan yeni, ultra düşük sürtünmeli bir makaralı rulman ürettiler. Fıskiyenin kavisli borulardan yapılmış iki kolu ve cihaz suyla dolu bir tanka daldırıldığında suyu emmek için silindirik borunun tepesinde bir sifon vardı.
Cihaz ayrıca pompanın çekilen suyun aktığı tanktan su çekmesi ile süresiz olarak çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, araştırmacıların deneylerini önceki deneylerden daha uzun olan birkaç saat boyunca yürütmelerine olanak tanıdı.
Ekip ayrıca sprinkler dönüşlerini ve su akışlarını görselleştirmek ve kaydetmek için renkli boyalar, lazer saçılımlı mikropartiküller ve yüksek hızlı kameralar kullandı; böylece deneysel sonuçlarını modelleme çıktılarıyla karşılaştırabildiler.
“Ters fıskiyenin suyu çekerken olduğu gibi serbest bırakırken de ters veya ters yönde döndüğünü bulduk ve bunun nedeni incelikli ve şaşırtıcı.” Açıklıyor New York Üniversitesi'nden matematikçi ve araştırmanın baş yazarı Lev Ristrov.
Sıradan bir sprinkleri, bir roketin dönen versiyonu gibi düşünün: Sprinkler başlığı, dışarı çıkan su jetinin ters yönüne doğru itilir.
border-frame = “0” izin = “ivme ölçer; otomatik oynatma; panoya yazma; şifreli ortam; jiroskop; resim içinde resim; web paylaşımı” izin veren tam ekran>
Wang ve meslektaşları, ters sprinklerde, gelen su jetlerinin sprinklerin iç bölmesinde birbiriyle çarpıştığını ancak tam olarak karşı karşıya gelmediğini ve ekseni döndürmek için tork ürettiğini keşfetti.
Sprinkler ekseninin hareketi sabit değildi, ters yönde dönüyordu, ancak dışarı akışlı sprinklerden 50 kat daha yavaştı. (Aşağıdaki videoda akışların görünürlüğünü artırmak için cihazın dönmesi engellenmiştir.)
border-frame = “0” izin = “ivme ölçer; otomatik oynatma; panoya yazma; şifreli ortam; jiroskop; resim içinde resim; web paylaşımı” izin veren tam ekran>
McGill Üniversitesi makine mühendisi Michael Bedoussis, “Deney ile model sonuçları arasındaki uyum derecesi çok etkileyici” dedi. Philip Paul şunları söyledi: Fizik Dergisi.
Diğer fizikçiler Onaylıyor Deneyler, bazı pratik uygulamalara sahip olabilecek bu akışkan sorununun mekanizmalarının belirlenmesine yardımcı olur.
restrov o diyor Sonuçlar, hareket veya kuvvet üreterek akan hava veya sudan enerji elde etmeye yönelik mühendislik tekniklerine uygulanabilir.
“Yapıların içinden geçen sıvı akışının harekete neden olabileceği durumları artık çok daha iyi anlıyoruz.” Eklemek Brennan Sprinkle, Colorado Maden Okulu'nda matematikçi ve makalenin ortak yazarlarından biri.
Çalışma şu tarihte yayınlandı: Fiziksel inceleme mektupları.
