Скандальный эксперимент Фейнмана: почему бак взорвался и что это дало науке

Кажется, что вопрос простейший: если обычный садовый разбрызгиватель подключить наоборот — чтобы он всасывал воду, а не разбрызгивал — в какую сторону он начнёт вращаться? Или не начнёт вовсе?

Фото: commons.wikimedia.org by José Manuel Suárez из Испания, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

Капля воды

Этот парадокс десятилетиями ставил в тупик самых блестящих ученых. И лишь недавно удалось найти не только корректный ответ, но и по-настоящему убедительное физическое объяснение.

Легендарная проблема, которую Фейнман "украл"

Хотя именно Ричард Фейнман сделал этот вопрос знаменитым, сам он подчеркивал: задача не его. Впервые о ней написал Эрнст Мах ещё в 1883 году. Тем не менее, именно Фейнман в 1940-х инициировал эксперимент — прямо в здании циклотрона Принстона. Стеклянный бак разорвало, а разбрызгиватель едва дёрнулся и замер. Загадка осталась неразрешённой.

Суть парадокса

Если полностью погрузить вращающийся S-образный разбрызгиватель в воду и попытаться откачать жидкость через его сопла, возможны три исхода:

• Вращение в обратную сторону — из-за создающегося разрежения.
• Вращение в ту же сторону, что и при обычной работе — за счёт передаваемого потоком крутящего момента.
• Полное отсутствие вращения — силы взаимно компенсируются.

Проблема в том, что все три варианта можно как-то обосновать. А эксперименты десятилетиями давали разные и неубедительные результаты.

Наука нашла способ

Ответ дали в лаборатории прикладной математики Курантовского института. Это те самые ребята, которые уже объяснили, как делать идеальные мыльные пузыри и построили лучшие бумажные самолётики.

В этот раз они создали сверхточную модель разбрызгивателя, уменьшили трение до минимума и использовали подсвеченные лазером микрочастицы в воде, чтобы увидеть, что происходит внутри.

Ответ, наконец, получен

Оказалось, что разбрызгиватель действительно вращается — в сторону, противоположную обычной. Но… в 50 раз медленнее. Всё дело в вихрях, возникающих внутри устройства. Они несимметричны, и именно это создает разницу в моменте, заставляя механизм крутиться.

Главный вывод исследования: направление вращения зависит не столько от внешних факторов, сколько от внутренней геометрии устройства. И да, при большом трении движение может быть почти незаметным.

Уточнения

Парадо́кс (др.-греч. παράδοξος - "неожиданный; странный", от др.-греч. παρα - "против, вопреки" и др.-греч. δόξα - "мнение; представление; предположение") в широком смысле — высказывание, мнение, рассуждение, которое расходится с общепринятым мнением и кажется нелогичным или противоречащим здравому смыслу (зачастую лишь при поверхностном понимании).