费曼的反向喷水器谜题终于有了答案

想象一下带有 S 形臂的喷水灭火系统。水流出来，洒水器移动——到目前为止，这看起来相当简单。现在想象一下完全相反的版本：您的洒水器浸入水中并吸入水。物理学家理查德·费曼提出的问题如下：它朝哪个方向旋转？我们现在有了答案，显示了流体运动的复杂性。

如果您对它的行为方式有一个简单清晰的了解，那么您就处于良好的伙伴关系中。费曼认为，人们要么处于反向轮换阵营，要么处于同一个轮换阵营，有合理的逻辑或如何运作。自1985年以来的实验（当这本书S你肯定是在开玩笑，费曼先生！已发表）更多的是一个混合包，显示反向旋转、改变方向的不稳定旋转以及完全依赖于系统几何形状的运动。这是一团糟。

最新的研究旨在提供对该系统机制的全球理解。凭借精确的实验设置和连续的建模，该团队解决了这个难题。洒水装置确实会反转方向，但这种运动不稳定且速度慢得多。因此，反转喷水灭火系统中的水流与看到系统向后播放并不相同。

理解这一挑战的第一步是将喷头浸入水中并使其旋转。这需要在任一方向上尽可能减少摩擦的情况下发生。在标准的向前运动中，喷头的运动由喷射推进力驱动。在相反的版本中，喷头仍然由喷射推进器驱动，但平均旋转速度慢了约 50 倍。

如果您无法跟踪洒水器内部发生的情况，那么相反的方法仍然令人困惑。毕竟，进入内部的流动应该抵消并且不会产生任何净扭矩。该团队使用染料和光来追踪水流的行为。在前箱中，当水从 S 形臂中喷出时，洒水装置会精美地移动。

反向洒水器中的手臂在上面的视频中保持静止，以帮助可视化内部行为，将水稍微抛离中心，产生微小但可测量的运动。流动是不对称的，导致在各种实验中看到奇特的轮廓。

纽约大学的资深作者莱夫·里斯特罗夫 (Leif Ristrop) 在一份研究报告中表示：“常规或‘前向’洒水器类似于火箭，因为它通过喷射喷流来推动自身。”陈述。“但是反向喷头很神秘，因为吸入的水看起来根本不像喷射流。我们发现秘密隐藏在洒水器内部，那里确实有喷射器可以解释观察到的运动。”

不需要吸水的喷头，但流量可能相似的设备的应用现在可以依赖一些实体模型。虽然这是水特有的，但其机制在流体之间是共享的。

描述结果的论文发表在 APS 期刊上物理评论快报。