Richard Feynman adorava um paradoxo.
O lendário físico não tinha paciência para assuntos acadêmicos abafados quando uma pergunta boba estava sobre a mesa. A matemática pode ditar a ordem ideal do almoço? Os humanos podem rastrear rastros de cheiros como um cachorro, farejando suas próprias pegadas?
Agora, décadas após sua morte, uma equipe de pesquisadores finalmente resolveu um de seus enigmas mais famosos. Eles examinaram a física do aspersor “bobo”.
É um conceito simples que deixou as pessoas loucas durante anos. Pegue um aspersor de gramado padrão. Ele gira em círculo enquanto expele água. Fácil. Mas inverta. Prenda-o a um aspirador. Faça-o sugar água em vez disso. Para que lado ele gira?
Isso vai para trás? Ou continua girando para frente, desafiando a intuição?
Feynman era estudante de graduação em Princeton na década de 1940, quando brincou com a ideia pela primeira vez. Ele montou um sprinkler de vidro em um laboratório. Ele ligou o aspirador. Deu um pequeno tremor. Então não fez nada. Ele aumentou a pressão até que o vidro quebrou. O experimento não conseguiu responder à pergunta. Apenas quebrou vidros caros.
Durante décadas, ninguém conseguiu chegar a acordo sobre o resultado.
Alguns testes mostraram o sprinkler girando para frente. Outros mostraram-no girando para trás. Alguns ficaram nervosos. Alguns permaneceram imóveis. Dependia inteiramente de como você construiu o equipamento. A ambigüidade permaneceu até 2024.
Testando as teorias de Feynman e Mach
Naquele ano, uma equipe da Universidade de Nova York, liderada pelo físico Leif Ristroph, resolveu o problema. Eles testaram o sprinkler reverso usando um bico padrão em forma de S.
Eles descobriram que ele gira em direção oposta a um aspersor que se move para frente.
Mas o estudo teve uma falha. Ele usou apenas o clássico formato S. Não testou frontalmente as duas teorias concorrentes.
A teoria número um remonta ao físico austríaco Ernst Mach. Argumenta que o momento angular total da água que gira dentro dos braços deve ser equilibrado. O aspersor deve girar para um lado para cancelar o giro da água para o outro.
A teoria número dois está ligada a Feynman. Ele se concentra na pressão e nas forças de sucção diretamente nas pontas dos bicos. A água atinge a extremidade do tubo, criando um recuo.
A equipe de Ristroph fez uma pergunta simples: e se pararmos de usar sprinklers padrão?
E se os braços girassem em espiral? E se eles dobrassem para o lado errado? E se eles se enrolassem?
O objetivo era quebrar as suposições de Mach e Feynman.
O experimento espiral
Num novo estudo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), a equipe construiu sete sprinklers bizarros. Esses não eram dispositivos comuns de jardim.
Eles projetaram braços com geometrias incomuns para testar a resistência das teorias.
Um aspersor tinha braços que giravam em espiral diversas vezes. Isto foi projetado para maximizar o momento angular da água, especificamente para testar a ideia de Mach.
Se Mach estivesse certo, esse desenho em espiral deveria ter girado descontroladamente.
Não aconteceu.
O fluido dentro carregava substancialmente mais impulso. A estrutura sólida mal se movia. A espiral era inflexível.
Outro projeto apresentava uma contracurvatura na ponta do bico. O objetivo era testar a teoria da sucção de Feynman. Se Feynman estivesse correto, reverter a curva deveria ter mudado a direção do giro.
Isso também não aconteceu.
“Fomos forçados a dizer: ‘Feynham e seguidores, vocês estão fora'”, disse Ristroph ao Live Science.
O hub é onde tudo acontece
Ambas as teorias foram desmanteladas. O sprinkler reverso não é um simples equilíbrio Mach nem um recuo Feynman.
A evidência aponta para outro lugar.
Todas as três medições nos sete designs diferentes apontaram para o cubo central. É aqui que os braços encontram o núcleo. Aqui, a água que entra colide e gira. Ele gera um fluxo de momento angular dentro do dispositivo.
A estrutura sólida do sprinkler resiste a esse fluxo interno.
Isso sugere que o sprinkler reverso é apenas uma versão de dentro para fora da versão dianteira. É governado pela mesma física. As forças estão apenas atuando em extremidades opostas dos braços.
Acontece que a resposta estava escondida à vista o tempo todo. Os detalhes importam menos do que a interação central.
Por que isso é importante para a energia
Este não foi apenas um exercício acadêmico de frustração. O trabalho exigia habilidade real.
Ristroph deu crédito a Jesse Smith, candidato ao doutorado em física da NYU, junto com um pequeno grupo de estudantes. Eles também trabalharam com Brennan Sprinkle, especialista em dinâmica de fluidos computacional da Escola de Minas do Colorado. (Os sobrenomes coincidiram. Isso foi apenas azar nas apresentações.)
Agora, a equipe está migrando para simulações computacionais. Eles querem ver se o modelo de fluxo de momento se mantém sob diferentes condições de fluxo. Eles esperam eventualmente derivar o comportamento diretamente das equações fundamentais da dinâmica dos fluidos.
Mas o mundo real tem aplicações aqui.
Compreender como os canais curvos convertem o fluxo de fluido em rotação não é apenas teoria. Ajuda os engenheiros a projetar turbinas melhores. Ajuda dispositivos que coletam energia de correntes de vento ou água.
“Se pudermos fazer algo que ajude com a engenharia… aproveitar melhor toda a enorme quantidade de energia eólica e hídrica que temos ao nosso redor”, disse Ristroph, “isso seria uma coisa fantástica.”
Então o idiota do sprinkler nos ensinou algo sério.
Mas isso lhe diz o que almoçar?
