Το παράδοξο είχε απασχολήσει ακόμη και τον νομπελίστα φυσικό Ρίτσαρντ Φάινμαν
Οριστική απάντηση σε ένα επιστημονικό ερώτημα που παρέμενε ανοιχτό για περισσότερα από εκατό χρόνια υποστηρίζει ότι έδωσε ομάδα μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης και τη Σχολή Μεταλλείων του Κολοράντο.
Πρόκειται για το περίφημο «Πρόβλημα του Ποτιστικού», το οποίο αφορά τη συμπεριφορά ενός περιστροφικού εκτοξευτήρα νερού όταν η κατεύθυνση της ροής αντιστρέφεται. Με απλά λόγια, οι επιστήμονες προσπάθησαν να καταλάβουν τι θα συμβεί εάν ένα ποτιστικό, αντί να εκτοξεύει νερό, αρχίσει να το αναρροφά.
Το βασικό ερώτημα ήταν αν η συσκευή θα συνέχιζε να περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση, αν θα γύριζε αντίστροφα ή αν θα παρέμενε εντελώς ακίνητη.
Μέσα από μια σειρά πειραμάτων με διαφορετικές κατασκευές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το ποτιστικό κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η περιστροφή του δεν προκαλείται από κάποια εξωτερική δύναμη, αλλά από τον τρόπο με τον οποίο κινούνται και συγκρούονται οι ροές του νερού στο εσωτερικό του.
Όπως εξήγησε ο Λάιφ Ρίστροφ, αναπληρωτής καθηγητής στο Courant Institute του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, η νέα εργασία προσφέρει πειραματική λύση στο λεγόμενο «Πρόβλημα του Ποτιστικού του Φάινμαν». Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η στροφορμή της εσωτερικής ροής είναι εκείνη που τελικά αναγκάζει τη συσκευή να κινηθεί.
Το παράδοξο είχε διατυπωθεί για πρώτη φορά το 1883 από τον Αυστριακό φυσικό Ερνστ Μαχ, έγινε όμως ευρύτερα γνωστό χάρη στον Ρίτσαρντ Φάινμαν. Ο νομπελίστας φυσικός είχε επιχειρήσει και ο ίδιος να βρει την απάντηση, όμως το πείραμά του είχε απρόσμενη εξέλιξη, καθώς ένα γυάλινο δοχείο έσπασε εξαιτίας της υψηλής πίεσης.
Ήδη από το 2024, η ίδια ερευνητική ομάδα είχε προτείνει τη θεωρία της «ροής ορμής». Σύμφωνα με αυτή, ένα αντίστροφο ποτιστικό λειτουργεί περίπου σαν ένας πύραυλος που έχει τοποθετηθεί ανάποδα.
Καθώς το νερό εισέρχεται από τα δύο άκρα της συσκευής, δημιουργούνται δύο εσωτερικοί πίδακες. Οι πίδακες αυτοί δεν συγκρούονται ακριβώς στο κέντρο, αλλά ελαφρώς στο πλάι. Η ασύμμετρη σύγκρουσή τους παράγει δυνάμεις που κάνουν το ποτιστικό να περιστρέφεται προς τα πίσω.
Μάλιστα, σύμφωνα με τα πειράματα, στην αντίστροφη λειτουργία η συσκευή μπορεί να φτάσει σε ταχύτητα περιστροφής έως και 50 φορές μεγαλύτερη από εκείνη ενός συνηθισμένου ποτιστικού.
Η αρχική έρευνα είχε πραγματοποιηθεί μόνο με απλές συσκευές που διέθεταν βραχίονες σε σχήμα S. Για να διαπιστώσουν εάν η ίδια αρχή ισχύει και σε πιο σύνθετες κατασκευές, οι επιστήμονες δημιούργησαν ποτιστικά με καμπύλες, βρόχους και διαφορετικά, ασυνήθιστα σχήματα.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η γεωμετρία της κατασκευής δεν μεταβάλλει τον βασικό μηχανισμό. Σε όλες τις περιπτώσεις, τόσο με κανονική όσο και με αντίστροφη ροή, επιβεβαιώθηκε ότι η κίνηση καθορίζεται από τη μεταφορά της ορμής του νερού.
Η έρευνα δεν λύνει μόνο ένα ιστορικό αίνιγμα της φυσικής των ρευστών. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι, αλλάζοντας το σχήμα των βραχιόνων, μπορούν να ελέγχουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις εσωτερικές ροές.
Η γνώση αυτή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στο μέλλον στον σχεδιασμό τουρμπινών και άλλων συστημάτων μετατροπής ενέργειας.
Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στις 13 Ιουλίου στο επιστημονικό περιοδικό «Proceedings of the National Academy of Sciences».
