Çimlerinizi sulamak, "saçma sprinklerler" olarak adlandırılan, suyu eğlenceli halkalar ve spiraller halinde püskürten o keyifli plastik aletlerle hem pratik hem de eğlenceli olabilir. Ancak oyuncu dış görünüşlerinin altında, bilim insanlarını bir asırdan fazla süredir şaşırtan ciddi bir fizik problemi yatıyor. New York Üniversitesi Courant Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, fizikçi Richard Feynman tarafından popülerleştirilen ters sprinkler problemine, kendi yaptıkları saçma sprinklerlerle deney yaparak el attılar. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan bulguları, momentum akısı teorisi adı verilen bir teoriyi destekliyor ve hem Ernst Mach hem de Feynman'ın önceki hipotezlerini çürütüyor.

Ters sprinkler problemi, Ernst Mach'ın 1883 tarihli ders kitabındaki bir düşünce deneyine dayanıyor. Mach, suyu emen bir sprinklerin dönmeyeceğini, çünkü nozuldaki kuvvetlerin birbirini götüreceğini öne sürmüştü. 1940'larda Princeton'da yüksek lisans öğrencisi olan Feynman, konuyu ünlü bir şekilde tartışmış ve siklotron laboratuvarında bir deney yaparak sadece hafif bir titreme gözlemlemişti. Ancak daha sonraki deneyler çelişkili sonuçlar verdi: bazıları sabit ters dönüş gösterirken, diğerleri sadece geçici hareket, bazıları ise düzensiz yön değişiklikleri gösterdi.

2024'te NYU uygulamalı matematikçisi Leif Ristroph ve ekibi, sürtünmesi çok düşük yataklara sahip özel bir sprinkler yaptı, suya daldırdı ve akışı izlemek için boyalar ve lazerler kullandı. Ters sprinklerin normal bir sprinklerden 50 kat daha yavaş döndüğünü, ancak benzer mekanizmalarla - iç jetlerin çarpıştığı ve tork ürettiği "tersine çevrilmiş bir roket" gibi - çalıştığını buldular. Momentum akısı teorisi adlı matematiksel modelleri deneylerle eşleşti, ancak yalnızca S şeklindeki kollarla test edildi.

Şimdi Ristroph ve arkadaşları bu çalışmayı çeşitli şekillerdeki saçma sprinklerlere genişleterek hem ileri hem de ters modları test ettiler. Sonuçlar, momentum akısı teorisini güçlü bir şekilde destekliyor ve Mach ile Feynman'ın fikirleriyle çelişiyor. Ayrıca kol şeklinin jet akışını kontrol ettiğini göstererek, türbinler gibi sıvı akışlarını enerjiye dönüştüren yapılar tasarlamak için kılavuzluk sağlıyor. "Bulgularımız, bileşenlerin sıvı akışlarına nasıl tepki verdiğine dair daha sağlam bir anlayış sağlıyor - bu bilgi, gelecekteki mühendislik ve teknolojik gelişmelere rehberlik edebilir," dedi Colorado Maden Okulu'ndan ortak yazar Brennan Sprinkle.

Ristroph'un laboratuvarının renkli bulmacaları çözme geçmişi var: 2018'de kabarcık tarifini mükemmelleştirdiler; 2021'de Çin "taş ormanlarını" incelediler; 2021'de çalışan bir Tesla valfi yaptılar; ve 2022'de kağıt uçak aerodinamiğini analiz ettiler. Çünkü bazen en derin fizik, en saçma oyuncaklardan gelir.