수학자들은 방금 기관총을 뒤집었습니다

141년 동안 리처드 파인만(Richard Feynman)과 같은 물리학자들은 유체 흐름에 대한 질문에 대해 수수께끼를 풀어왔습니다. 스프링클러가 물 속에 있으면 어떻게 회전하여 물질을 분출하지 않고 빨아들일 수 있습니까? 이제 한 연구팀이 답을 찾았습니다.

이 아이디어는 1880년대 실험가들에 의해 처음 제안되었지만 파인만은 20세기 중반에 이를 다시 출판했습니다. 파인만 기관총. 문제는 이것이었습니다. S-암이 달린 일반 스프링클러는 물을 분출하여 암이 회전하게 하여 물이 필요한 모든 것에 물을 뿌렸습니다. 그러나 역방향 스프링클러가 회전할 것인지 여부는 여전히 미해결 문제로 남아 있으며, 노력이 부족해서가 아닙니다.

파인만은 이 아이디어를 한동안 사용했으며 심지어 실험 그룹이 구성되었습니다. 그가 프린스턴 대학교 대학원생이었을 때 그 질문에 답하기 위해. (물이 담긴 큰 병이 폭발하면서 실험은 종료되었습니다.)

이제 뉴욕대학교 연구진이 이를 재부팅했습니다. 백스프레이 시스템(제가 부르는 대로 – 혀에서 바로 굴러갑니다!)은 “초저마찰” 베어링에 잠긴 스프링클러로 구성됩니다. 뉴욕대학교의 발표에 따르면장치의 자유로운 회전 능력을 향상시키고 장치를 통한 물의 흐름을 쉽게 모니터링할 수 있는 방식으로 설계되었습니다.

이를 위해 연구팀은 물을 염색하고 미세입자를 첨가한 후 밝은 녹색 레이저로 조명하고 고해상도, 고속 카메라를 사용하여 전체 실험을 녹화했습니다. 결과 샷은 꽤 밋밋합니다.

팀연구-출판됨 지난주 Physical Review Letters에서 저는 역세(backwash)가 바로 그런 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 물을 뿜어내는 스프링클러와 반대방향으로 회전합니다.

“일반 또는 '프론트 엔드' 기관총은 제트기를 발사하여 스스로 추진하기 때문에 미사일과 같습니다.”라고 뉴욕 대학교 연구원이자 해당 연구의 주요 저자인 Lev Ristrov가 말했습니다. 시작하다. “그러나 역방향 스프링클러는 흡입되는 물이 전혀 제트처럼 보이지 않기 때문에 신비합니다. 우리는 관찰된 움직임을 설명하는 실제로 제트가 있는 스프링클러 내부에 비밀이 숨겨져 있음을 발견했습니다.”

역방향 스프링클러는 반대 방향으로 회전하지만(참고 참조) 일반 스프링클러 속도의 약 1/50 속도로 회전합니다. 역스프링클러 내부에서는 흡수된 워터젯이 서로 충돌하지만 직접 충돌하지는 않으며, 내부 물이 혼합되면서 스프링클러가 천천히 회전하게 됩니다.

콜로라도 광산 학교(Colorado School of Mines)의 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 브레넌 스프링클(Brennan Sprinkle)은 실험에 사용된 방법이 “공기나 물의 흐름에 반응하는 장치와 관련된 많은 실제 응용 분야에 유용할 것”이라고 덧붙였습니다.

잠재적인 응용 분야가 무엇이든, 1880년대에 처음 발생한 난제에 대한 답이 140년 전에는 불가능했던 정밀 테스트 및 모델링을 통해 마침내 해결되었습니다. 이것이 여러분의 다음 유체 역학 강연에 추가할 내용이 되기를 바랍니다.

더: 폭발성 스프링클러는 아이들에게 잔디밭에서 나가라고 소리치는 노인을 대신하는 AI 기반의 대안입니다.