spray invertido: Un misterio de física de 140 años tiene una solución inesperada
¿Cómo gira el aspersor para absorber agua en lugar de expulsarla? Durante mucho tiempo ni la teoría ni la experiencia ofrecieron una solución. Ahora los matemáticos han descubierto por qué no.
En 1883, el famoso físico austriaco Ernst Mach planteó un problema aparentemente simple que ha ocupado a los físicos durante más de un siglo. ¿Qué pasa si dejas que el aspersor vaya hacia atrás? El aspersor clásico consta de boquillas curvas que se extienden desde un eje central giratorio. Si sale agua por las tuberías, el reflujo hace que el dispositivo gire. Pero, ¿qué pasaría si, en cambio, aspiraras agua hacia el dispositivo a través de los puertos? Puede pensar que el dispositivo simplemente girará en la dirección opuesta. Pero no es tan sencillo: no existe ninguna justificación teórica convincente para ello y numerosos experimentos ni siquiera han podido demostrar si la ametralladora invertida gira.
Sin embargo, un equipo dirigido por el matemático Lev Ristrov de la Universidad de Nueva York parece haber encontrado ahora una respuesta definitiva, tanto práctica como teórica. El grupo de trabajo ha informado ahora en la revista Physical Review Letters.El aspersor invertido gira en dirección opuesta, unas 40 veces más lento. Lo sorprendente: el mecanismo físico es exactamente el mismo que el de un aspersor normal.
Para realizar los experimentos, el equipo diseñó un pulverizador de dos brazos con un cabezal giratorio de baja fricción. Se sumergió en un baño de agua y se dejó absorber agua y se observó su rotación. Para demostrar que la rotación resultante era en realidad un efecto permanente y no sólo un breve estallido cuando el dispositivo estaba encendido, a veces se operaba el dispositivo durante horas. Además, en algunos experimentos se invirtieron las toberas y, por tanto, el sentido de rotación. Esto demostró que el dispositivo en realidad genera un par opuesto al de un aspersor que funciona normalmente. ¿pero cómo? Utilizando tintes y pequeñas partículas suspendidas en agua, el equipo registró las condiciones de flujo en el baño de agua y dentro del dispositivo transparente con una cámara de alta velocidad. Resulta que el proceso crucial tiene lugar dentro del dispositivo y de una manera completamente diferente a la que se suponía anteriormente.
Para explicar la supuesta circulación inversa, los expertos habían planteado anteriormente, por ejemplo, la hipótesis de que se formaba un vórtice dentro del aspersor o que detrás de la fuerza resultante se encontraban diferencias de presión al doblar las boquillas. Pero en realidad, dice el equipo de Ristroff, un aspersor invertido funciona de manera completamente diferente, como un aspersor normal. Gira porque las fuerzas de retroceso del chorro de agua actúan en el lado del eje de rotación del cabezal del aspersor. Esto es exactamente lo que sucede cuando inviertes el flujo. Sin embargo, los chorros de agua dentro del aspersor provienen de boquillas curvas.
Los dos chorros de agua se encuentran exactamente en el centro, pero fluyen a través de boquillas precurvadas. En estos cambios cambia la forma del flujo: el agua en el exterior de la curva fluye un poco más rápido. Por lo tanto, los rayos en el medio, donde se encuentran, ya no son simétricos, sino que la parte más rápida de ellos se desplaza ligeramente hacia el lado del medio. Se aplican fuerzas de retroceso mutuamente dirigidas a lados opuestos del eje de rotación, lo que permite que el cabezal gire, como con un aspersor normal. Pero mientras que en un aspersor normal la fuerza de retroceso actúa sobre un brazo de palanca muy largo, en un aspersor invertido los chorros de agua fluyen directamente hacia el eje, de modo que su pequeña asimetría genera sólo un pequeño par, lo que explica la lenta rotación y, sobre todo, los resultados más claros Variados según experiencias anteriores.
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