¿Qué sucede cuando los aspersores de césped succionan agua? Los físicos responden a esa curiosa pregunta.

Los físicos están fascinados con enigmas complejos, desde la naturaleza del espacio y el tiempo hasta cómo se originó el universo. Pero ¿rociadores de césped giratorios? Sí, eso también.

Un nuevo experimento proporciona una respuesta a una peculiar incógnita de la física popularizada por el físico Richard Feynman en la década de 1980. El enigma se centra en un estilo de rociador que funciona al expulsar agua por los extremos de un tubo en forma de S. El rociador gira lejos del agua que escapa debido a la conservación del momento angular. Hasta ahí todo claro.

Pero ¿qué sucede si colocas el rociador en un tanque de agua y lo haces succionar el agua? La pregunta parece sencilla. Pero los flujos complejos de fluidos y las sutilezas de la conservación del momento han llevado a diferentes físicos a argumentar que debería girar en la dirección opuesta a la que lo hace cuando funciona normalmente, o no moverse en absoluto. Diferentes experimentos también han chocado entre sí.

Así que el matemático aplicado Leif Ristroph y sus colegas le dieron una oportunidad. "Terminó siendo uno de los problemas más difíciles en los que nuestro laboratorio ha trabajado", dice Ristroph, de la Universidad de Nueva York. El equipo realizó experimentos con un rociador transparente elaborado minuciosamente, junto con cálculos matemáticos que respaldaron sus mediciones. El dispositivo flota en un tanque de agua para reducir la fricción, un efecto que confundía experimentos anteriores. Cuando se ejecuta al revés, el rociador efectivamente gira en dirección opuesta, informan los investigadores en un artículo aceptado por Physical Review Letters. Experimentos posteriores revelaron por qué.

Mientras que el rociador normal expulsa chorros de agua hacia afuera, en la operación inversa, los chorros se forman dentro del rociador mismo. Estos chorros generan vórtices, observados mediante láseres que iluminan micropartículas adicionadas al agua. Es importante destacar que los chorros y sus vórtices no son simétricos. Cuando los chorros chocan en el centro del rociador, continúan formando un ángulo, lo que sugiere que tuvieron una colisión tangencial en lugar de chocar de frente.

Esto se debe a que, aunque los brazos del rociador están perfectamente alineados, los chorros internos no lo están. El recorrido a través de los brazos curvos desplaza el flujo de agua en cada chorro. Esta asimetría hace que el rociador gire hacia atrás para conservar el momento angular.

La solución del enigma del rociador simplemente requería un toque de perspicacia.