Richard Feynman mengira dia tahu fisika.
Dia terkenal karena bingung mengapa alat penyiram rumput standar berputar ke satu arah tetapi sebaliknya—menyedot air alih-alih mengeluarkannya—berperilaku sangat berbeda. Selama beberapa dekade, “masalah alat penyiram Feynman” masih terbuka. Tidak ada yang bisa menyetujui mekanismenya.
Kini, para peneliti telah menyelesaikannya. Mereka tidak menggunakan akselerator partikel atau terowongan angin berteknologi tinggi.
Mereka menggunakan “alat penyiram konyol”. Jenis tabung plastik yang melingkar dan berputar yang dibuang anak-anak ke halaman rumput setiap musim panas. Dengan menguji perangkat unik di halaman belakang ini secara terbalik, tim dari NYU dan Colorado School of Mines akhirnya mengungkap bagaimana air yang mengalir memutar benda.
Hasilnya muncul di Prosiding National Academy of Sciences.
Apa yang Sebenarnya Ditanyakan oleh Alat Penyiram Feynman?
Kedengarannya sederhana.
Ambil alat penyiram putar standar. Tekanan air mendorong cairan keluar dari nozel miring. Gaya reaksi memutar lengan. hukum ketiga Newton. Aksi dan reaksi. Ia bekerja seperti roket yang berputar.
Sekarang balikkan.
Sedot air masuk melalui nozel yang sama. Ke arah mana ia harus berputar? Intuisi menunjukkan bahwa alat tersebut harus berputar berlawanan arah dengan alat penyiram standar.
Feynman mencobanya pada tahun 1980an. Dia tidak bisa mendapatkan jawaban yang jelas. Perangkat itu nyaris tidak bergerak.
Studi baru menjelaskan alasannya. Ini bukan tentang air yang masuk ke nosel. Ini tentang apa yang terjadi ketika dua pancaran air yang mengalir ke dalam bertabrakan di dalam ruang tengah.
Bagaimana Bentuk Lingkaran Mengontrol Torsi Air
Eksperimen sebelumnya menggunakan lengan sederhana berbentuk S. Hal ini meninggalkan kesenjangan dalam teori. Apakah bentuk tabung itu penting? Bagaimana jika air menempuh jalur yang lebih panjang?
Para peneliti membuat koleksi alat penyiram mereka sendiri. Mereka memvariasikan geometri secara liar. loop. kurva. Jalur yang berliku.
Mereka menguji setiap desain dalam dua mode:
- Maju: Menyemprotkan air keluar.
- Kebalikan: Menarik air ke dalam.
Hal ini memungkinkan mereka mengukur torsi secara tepat. Torsi adalah gaya puntir yang menyebabkan putaran. Mereka juga melacak bagaimana air bergerak di dalam tabung dibandingkan di luar.
Datanya jelas.
Mengapa Fluks Momentum Mengalahkan Teori Lain
Dua teori lama gagal dalam pengawasan.
Salah satunya, dikemukakan oleh Ernst Mach pada tahun 1880-an, berpendapat bahwa fluida berputar ke satu arah sementara alat penyiram berputar ke arah lain. Eksperimen baru menunjukkan bahwa hal ini tidak memperhitungkan rotasi atau torsi yang diukur.
Teori lain berfokus pada air yang mengalir di sekitar luar lengan alat penyiram. Feynman telah mempertimbangkan hal ini. Ternyata tidak ada relevansinya. Aliran eksterior tidak mempengaruhi gerakan.
Sebaliknya, teori fluks momentum menang.
Inilah cara kerjanya:
Saat air dihisap, dua pancaran masuk ke ruang tengah dari sisi yang berlawanan. Mereka tidak saling menyerang secara langsung. Ada sedikit offset. Zona tumbukan terbentuk. Ketidakseimbangan ini menciptakan kekuatan total. Gaya tersebut mendorong sprinkler untuk berputar.
Ini berfungsi seperti “roket dari dalam ke luar”.
“Pekerjaan ini memberikan jawaban eksperimental untuk Masalah Penyiram Feynman dengan menunjukkan, di seluruh jenis penyiram, bagaimana aliran momentum sudut mendorong rotasi penyiram,” kata Leif Ristroph dari NYU.
Apakah Ini Penting di Luar Halaman Belakang?
Ini bukan hanya tentang permainan rumput.
Memahami bagaimana fluida memberikan gaya pada benda yang berputar adalah teknik dasar. Turbin, pompa, dan baling-baling laut semuanya bergantung pada konversi aliran fluida menjadi energi mekanik.
Brennan Taburkan dari Colorado School of Mines mencatat temuan ini menawarkan “pemahaman yang lebih kuat” untuk merancang perangkat tersebut. Jika Anda tahu persis bagaimana bentuk mengendalikan fluks momentum, Anda dapat membuat turbin yang lebih baik. Anda dapat memprediksi bagaimana mereka akan berperilaku dalam kondisi yang bergejolak.
Tim juga menemukan bahwa mengubah bentuk lengan memungkinkan adanya kontrol. Anda dapat mengubah pancaran air untuk mengatur torsi. Itu adalah pengetahuan yang berguna bagi para insinyur yang mencoba mengoptimalkan konversi energi.
Jadi, lain kali Anda melihat alat penyiram konyol berputar di rumput, jangan hanya tertawa.
Perhatikan loopnya. Pikirkan tentang tabrakan di dalam. Ini mungkin hanya memecahkan perdebatan fisika yang telah berlangsung selama satu abad.
