Cosa succede quando gli irrigatori del prato aspirano acqua? I fisici rispondono a questa stravagante domanda.

I fisici sono affascinati da enigmi complicati, dalla natura dello spazio e del tempo a come è nato l'universo. Ma gli irrigatori rotanti? Sì, anche quelli.

Un nuovo esperimento fornisce una risposta a un stravagante quesito di fisica reso popolare dal fisico Richard Feynman negli anni '80. L'enigma riguarda un tipo di irrigatore che funziona spruzzando acqua dalle estremità di un tubo a forma di S. L'irrigatore ruota lontano dall'acqua che fuoriesce grazie alla conservazione del momento angolare. Questo è abbastanza chiaro.

Ma cosa succede se metti l'irrigatore dentro un serbatoio d'acqua e lasci che sorbano l'acqua? La domanda sembra semplice. Ma i complessi flussi di fluidi e le sottigliezze della conservazione del momento hanno portato fisici diversi a sostenere che dovrebbe ruotare in direzione opposta rispetto a quando viene usato normalmente o non muoversi affatto. Anche diversi esperimenti hanno dato risultati contrastanti.

Quindi, il matematico applicato Leif Ristroph e i suoi colleghi hanno provato. "Si è rivelato uno dei problemi più difficili su cui il nostro laboratorio abbia mai lavorato", afferma Ristroph della New York University. Il team ha eseguito esperimenti con un irrigatore trasparente realizzato con cura, insieme a calcoli matematici che hanno confermato le loro misurazioni. Il dispositivo galleggia in un serbatoio d'acqua per ridurre l'attrito, che ha confuso gli esperimenti precedenti. Quando viene invertito, l'irrigatore ruota effettivamente nella direzione opposta, riportano i ricercatori in un articolo accettato per la pubblicazione su Physical Review Letters. Ulteriori esperimenti hanno svelato il perché.

Mentre l'irrigatore normale spara getti d'acqua all'esterno, nel funzionamento inverso, i getti si formano all'interno dell'irrigatore stesso. Questi getti creano vortici, osservati utilizzando laser per illuminare micro-particelle aggiunte all'acqua. È importante notare che i getti e i loro vortici non sono simmetrici. Quando i getti si scontrano nel mezzo dell'irrigatore, continuano ad un angolo, suggerendo che abbiano avuto una collisione sfuggente, piuttosto che frontale.

Ciò accade perché, anche se i bracci dell'irrigatore sono perfettamente allineati, i getti interni non lo sono. Il percorso attraverso i bracci curvi sposta il flusso d'acqua in ciascun getto. Questa asimmetria fa ruotare l'irrigatore all'indietro per conservare il momento angolare.

La soluzione dell'enigma dell'irrigatore richiede solo una spruzzata di intuizione.