يمكن أن يكون ري حديقتك عمليًا وممتعًا باستخدام ما يسمى "مرشات الري الساخرة"، تلك الأجهزة البلاستيكية المبهجة التي ترش الماء في حلقات ولولبات مسلية. لكن تحت مظهرها المرح تكمن مشكلة فيزيائية جادة حيرت العلماء لأكثر من قرن. تمكن باحثون في معهد كورانت بجامعة نيويورك الآن من معالجة مشكلة الرشاش المقلوب - التي شاعها الفيزيائي ريتشارد فاينمان - من خلال تجربة مرشات ساخرة بنوها بأنفسهم. تدعم نتائجهم، المنشورة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، نظرية تسمى نظرية تدفق الزخم، وتدحض الفرضيات السابقة لكل من إرنست ماخ وفاينمان.

تعود مشكلة الرشاش المقلوب إلى تجربة فكرية في كتاب إرنست ماخ الدراسي عام 1883. اقترح ماخ أن الرشاش الذي يمتص الماء لن يدور، لأن القوى على الفوهة ستلغي بعضها البعض. فاينمان، كطالب دراسات عليا في برينستون في الأربعينيات، ناقش المسألة بشكل شهير وبنى تجربة في مختبر السيكلوترون، ملاحظًا فقط ارتعاشًا طفيفًا. لكن التجارب اللاحقة أنتجت نتائج متضاربة: بعضها أظهر دورانًا عكسيًا ثابتًا، والبعض الآخر حركة عابرة فقط، وبعضها تغيرات غير مستقرة في الاتجاه.

في عام 2024، بنى عالم الرياضيات التطبيقية في جامعة نيويورك ليف ريستروف وفريقه رشاشًا مخصصًا بمحامل فائقة الانخفاض في الاحتكاك، وغمره في الماء، واستخدموا الأصباغ والليزر لتتبع التدفق. وجدوا أن الرشاش المقلوب يدور أبطأ 50 مرة من الرشاش العادي، ولكن من خلال آليات مماثلة - مثل "صاروخ من الداخل إلى الخارج" حيث تصطدم النفاثات الداخلية وتنتج عزم دوران. تطابق نموذجهم الرياضي، نظرية تدفق الزخم، مع التجارب لكنه اختبر فقط أذرعًا على شكل حرف S.

الآن، يوسع ريستروف وآخرون هذا العمل ليشمل مرشات ساخرة بأشكال مختلفة، واختبار كل من الوضعين الأمامي والعكسي. تدعم النتائج بقوة نظرية تدفق الزخم وتناقض أفكار ماخ وفاينمان. كما أظهروا أن شكل الذراع يتحكم في تدفق النفاثات، مما يقدم إرشادات لتصميم هياكل مثل التوربينات التي تحول تدفقات السوائل إلى طاقة. قال المؤلف المشارك برينان سبرينكل من مدرسة كولورادو للمناجم: "تقدم نتائجنا فهمًا أكثر رسوخًا لكيفية استجابة المكونات لتدفقات السوائل - وهي معرفة يمكن أن توجه التقدم الهندسي والتكنولوجي في المستقبل".

لمختبر ريستروف تاريخ في معالجة الألغاز الملونة: في 2018، أتقنوا وصفة الفقاعات؛ في 2021، درسوا "غابات الحجر" الصينية؛ في 2021، بنوا صمام تسلا عمليًا؛ وفي 2022، حللوا ديناميكا الطائرات الورقية. لأنه في بعض الأحيان تأتي أعمق الفيزياء من أحمق الألعاب.