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Los matemáticos finalmente han resuelto el problema del “aspersor inverso” de Feynman
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Los matemáticos finalmente han resuelto el problema del “aspersor inverso” de Feynman

Las micropartículas que dispersan la luz revelan el patrón de flujo para el modo inverso (succión) de un aspersor, mostrando vórtices y patrones de flujo complejos que se forman dentro de la cámara central. Crédito: K. Wang et al., 2024

Un aspersor de césped típico presenta varias boquillas dispuestas en ángulo sobre una rueda giratoria; cuando se bombea el agua, liberan chorros que hacen girar la rueda. Pero, ¿qué pasaría si el agua fuera succionada por el aspersor? ¿En qué dirección giraría entonces la rueda o no giraría en absoluto? Esta es la esencia de «aspersor inverso«Un problema con el que físicos como Richard Feynman, entre otros, han luchado desde la década de 1940. Ahora, los matemáticos aplicados de la Universidad de Nueva York creen haber resuelto el enigma, de una sola vez. artículo reciente publicado en la revista Physical Review Letters, y la respuesta desafía la sabiduría convencional sobre el tema.

«Nuestro estudio resuelve el problema combinando experimentos de laboratorio de precisión con modelos matemáticos que explican cómo funciona un aspersor inverso». dijo el coautor Leif Ristroph del Instituto Courant de la Universidad de Nueva York. «Descubrimos que el aspersor inverso gira en dirección 'inversa' u opuesta cuando absorbe agua y cuando la expulsa, y la causa es sutil y sorprendente».

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El laboratorio de Ristroph aborda con frecuencia este tipo de coloridos acertijos del mundo real. Por ejemplo, en 2018, Ristroph y colegas equilibrado la receta para la burbuja perfecta basada en experimentos con finas películas de jabón. (Necesita una varita circular con un perímetro de 1,5 pulgadas y debe soplar suavemente a una velocidad constante de 6,9 ​​cm/s). En 2021, el laboratorio Ristroph miró los procesos de formación subyacentes a los llamados «bosques de piedra», comunes en determinadas regiones de China y Madagascar. Estas formaciones rocosas afiladas, como las famosas Bosque de piedra en la provincia china de Yunnan, son el resultado de la disolución de sólidos en líquidos en presencia de la gravedad, lo que produce flujos convectivos naturales.

En 2021, tu laboratorio construyó una válvula Tesla que funciona, según el diseño del inventor, y midió el flujo de agua a través de la válvula en ambas direcciones a diferentes presiones. Descubrieron que el agua fluía aproximadamente el doble de lento en la dirección no preferida. Y en 2022, Ristroph estudió aerodinámica extremadamente compleja de lo que hace que un avión de papel sea bueno, específicamente lo que se necesita para un planeo suave. Descubrieron que la aerodinámica de los aviones de papel difiere sustancialmente de la de los aviones convencionales, que dependen de perfiles aerodinámicos para generar sustentación.

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Extender / Ilustración de una «rueda de reacción» de Ernst Mach Mecánico (1883).

Dominio público

El problema de los rociadores inversos está asociado con Feynman porque popularizó el concepto, pero en realidad se remonta a un capítulo del libro de Ernst Mach de 1883. La ciencia de la mecánica (Die Mechanik in Ihrer Entwicklung Historisch-Kritisch Dargerstellt). El experimento mental de Mach permaneció en relativa oscuridad hasta que un grupo de físicos de la Universidad de Princeton comenzó a debatir la cuestión en la década de 1940.

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Feynman era un estudiante de posgrado allí en ese momento y se lanzó al debate con entusiasmo, incluso ideó un experimento en el laboratorio de ciclotrón para probar su hipótesis. (Al más puro estilo Feynman, este experimento culminó con la explosión de una bombona de vidrio utilizada en el dispositivo debido a la alta presión interna).

Podríamos intuir que un aspersor inverso funcionaría igual que un aspersor normal, simplemente activado al revés, por así decirlo. Pero la física resulta ser más complicada. «La respuesta es perfectamente clara a primera vista», escribió Feynman en Seguramente está bromeando, señor Feynman. (1985). «El problema es que algún tipo pensaría que está perfectamente claro [that the rotation would be] de una manera, y otro pensaría que está perfectamente claro de otra manera”.

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