Un aspersor de césped típico presenta varias boquillas dispuestas en ángulo sobre una rueda giratoria; cuando se bombea agua, liberan chorros que hacen que la rueda gire. Pero, ¿qué pasaría si el agua fuera succionada por el aspersor? ¿En qué dirección giraría entonces la rueda, o incluso giraría? Esa es la esencia del «aspersor inverso«problema al que físicos como Richard Feynman, entre otros, han luchado desde la década de 1940. Ahora, los matemáticos aplicados de la Universidad de Nueva York creen haber resuelto el enigma, según un artículo reciente publicado en la revista Physical Review Letters, y la respuesta desafía la sabiduría convencional sobre el tema.
«Nuestro estudio resuelve el problema combinando experimentos de laboratorio de precisión con modelos matemáticos que explican cómo funciona un aspersor inverso». dijo el coautor Leif Ristroph del Instituto Courant de la Universidad de Nueva York. «Descubrimos que el aspersor inverso gira en dirección ‘inversa’ u opuesta cuando toma agua y cuando la expulsa, y la causa es sutil y sorprendente».
El laboratorio de Ristroph aborda con frecuencia este tipo de coloridos acertijos del mundo real. Por ejemplo, atrás en 2018Ristroph y colegas afinado la receta para la burbuja perfecta basada en experimentos con finas películas jabonosas. (Quieres una varita circular con un perímetro de 1,5 pulgadas y debes soplar suavemente a una velocidad constante de 6,9 cm/s). En 2021el laboratorio Ristroph mire dentro los procesos de formación que subyacen a los llamados «bosques de piedra», comunes en determinadas regiones de China y Madagascar. Estas formaciones rocosas puntiagudas, como las famosas Bosque de piedra en la provincia china de Yunnan, son el resultado de la disolución de sólidos en líquidos en presencia de la gravedad, lo que produce flujos convectivos naturales.
En 2021su laboratorio construyó una válvula Tesla que funciona, de acuerdo con el diseño del inventor, y midió el flujo de agua a través de la válvula en ambas direcciones a diferentes presiones. Descubrieron que el agua fluía aproximadamente dos veces más lento en la dirección no preferida. Y en 2022Ristroph estudió la aerodinámica extremadamente compleja de lo que hace que un avión de papel sea bueno, específicamente lo que se necesita para un deslizamiento suave. Descubrieron que la aerodinámica de los aviones de papel difiere sustancialmente de la de los aviones convencionales, que dependen de perfiles aerodinámicos para generar sustentación.
El problema de los rociadores inversos está asociado con Feynman porque popularizó el concepto, pero en realidad se remonta a un capítulo del libro de texto de Ernst Mach de 1883. La ciencia de la mecánica (Las mecánicas en su desarrollo presentadas histórica y críticamente.). El experimento mental de Mach languideció en relativa oscuridad hasta que un grupo de físicos de la Universidad de Princeton comenzó a debatir la cuestión en la década de 1940.
Feynman era un estudiante de posgrado allí en ese momento y se lanzó al debate con entusiasmo, incluso ideando un experimento en el laboratorio de ciclotrón para probar su hipótesis. (Al más puro estilo Feynman, ese experimento culminó con la explosión de una bombona de vidrio utilizada en el aparato debido a la alta presión interna).
Uno podría intuir que un aspersor inverso funcionaría igual que un aspersor normal, simplemente reproducido al revés, por así decirlo. Pero la física resulta ser más complicada. «La respuesta es perfectamente clara a primera vista», escribió Feynman en Seguramente está bromeando, señor Feynman. (1985). «El problema era que algún tipo pensaría que estaba perfectamente claro [that the rotation would be] de una manera, y otro pensaría que estaba perfectamente claro en la otra”.