كان ريتشارد فاينمان فيزيائيًا جادًا يحب الإجابة على الأسئلة غير الجادة. هل يمكن أن تخبرك الرياضيات كيفية طلب الغداء الأمثل؟ هل يمكن للإنسان أن يتتبع الروائح مثل كلب الصيد؟ يشم رائحة آثار أقدامه؟ الآن، التقط الباحثون أحد أكثر أسئلة فاينمان فضولًا والتي لم تتم الإجابة عليها من خلال النظر في فيزياء الرشاشات “السخيفة”.
يدور رشاش العشب النموذجي ذو الفوهة على شكل حرف S في اتجاه معين حيث ينفث الماء من فتحتيه. ولكن إذا قمت برمي هذا الرشاش في حوض السباحة وقمت بتوصيله بالمكنسة الكهربائية بحيث يمتص الماء بدلاً من رشه للخارج، ففي أي اتجاه سيدور – في نفس الاتجاه كما كان من قبل، أو العكس؟
فاينمان طرح هذا السؤال كطالب دراسات عليا في جامعة برينستون في الأربعينيات. وفقًا لرواية فاينمان، فقد قام بتزوير رشاش زجاجي في معمل جامعته. لقد أصابته “ارتعاشة” قصيرة، ثم بالكاد تحرك حتى عندما رفع الضغط. وكرر العملية حتى تحطم الزجاج، وترك الإجابة غامضة. منذ ذلك الحين، كشفت عقود من تجارب المتابعة عن كل إجابة محتملة – الرشاش يدور في اتجاه واحد، أو يدور في الاتجاه الآخر، أو يرتجف ذهابًا وإيابًا، أو لا يتحرك على الإطلاق – اعتمادًا على مدى دقة بناء الاختبارات.
أحدث مقاطع الفيديو منالعلوم الحية
وفي عام 2024، فريق في جامعة نيويورك بقيادة عالم الرياضيات التطبيقية والفيزيائي التجريبي ليف ريستروف أخذ صدعًا أوليًا على السؤال ، ووجد أن يدور الرشاش العكسي مقابل الرشاش الأمامي. لكن هذا التفسير تم اختباره فقط على الرشاشات العادية على شكل حرف S، ولم يتم وضعه مباشرة في مواجهة نظريتين رئيسيتين أخريين.
الأول، والذي يعود تاريخه إلى الفيزيائي النمساوي إرنست ماخ، يرى أن الزخم الزاوي الإجمالي للمياه الدوامة داخل أذرع الرشاش يجب أن يكون متوازنًا من خلال دوران معاكس للرش نفسه. والآخر، المرتبط بفاينمان نفسه، يركز على تأثيرات الضغط والشفط عند الفوهات الخارجية مباشرةً.
لذلك تساءل فريق ريستروف، ماذا لو لم يكن الرشاش على شكل رشاش على الإطلاق؟ ماذا لو كانت أذرعها لولبية، أو انحنت بطريقة خاطئة، أو انحنت للخلف على نفسها؟
في دراسة جديدة نشرت في 13 يوليو في المجلة PNASقام الباحثون ببناء سبعة مرشات “سخيفة” عمدًا ذات أشكال هندسية غير عادية لإثارة النظريات الرائدة ضد بعضها البعض. يتضمن ذلك رشاشًا واحدًا بأذرع حلزونية عدة مرات لتحقيق أقصى قدر من الزخم الزاوي للمياه، وآخر مزود بانحناء معاكس عند الفوهة.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
تمت دراسة تصميمات الرشاشات، مع اتجاه الدوران الملحوظ في الوضعين الأمامي (السهم الأحمر) والعكس (الأزرق).
(رصيد الصورة: مختبر الرياضيات التطبيقية بجامعة نيويورك)
وفي هذه العملية، هدموا كلا الفكرتين. لو كان ماخ على حق، لكان من المفترض أن يتم تصميم التصميم الحلزوني بشكل مختلف تمامًا. إذا كان فاينمان على حق، فإن عكس انحناء الفوهة كان من المفترض أن يعكس اتجاه الرشاش. لم يحدث أي منهما.
قال ريستروف لموقع Live Science: «لقد اضطررنا للقول: فاينمان وأتباعه، أنتم مغادرون».
وكان الرشاش ذو الذراع الحلزوني، الذي كان يهدف إلى اختبار نظرية ماخ، عنيدًا تمامًا. وقال ريستروف إنه على الرغم من أن السائل الموجود بداخله كان يحمل زخمًا زاويًا أكبر بكثير، إلا أن “المادة الصلبة بالكاد اهتمت”.
أشارت جميع القياسات الثلاثة عبر التصاميم السبعة بدلاً من ذلك إلى المحور المركزي للرش، حيث تلتقي الأذرع. هناك، تتصادم المياه الواردة وتدور، مما يولد تدفقًا من الزخم الزاوي داخل الجهاز الذي يدفعه الهيكل الصلب للخلف. تشير النتائج إلى أن الرشاش العكسي ليس أكثر من مجرد نسخة من الداخل إلى الخارج من الرشاش الأمامي تحكمه نفس الفيزياء التي تعمل على الأطراف المقابلة للأذرع.
وأكد ريستروف أن هذه النتيجة أصبحت ممكنة بفضل جيسي سميث، الذي أكمل للتو درجة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة نيويورك أثناء عمله في المشروع، جنبًا إلى جنب مع فريق صغير من طلاب ريستروف، ومتعاون ريستروف منذ فترة طويلة. رش برينان، خبير ديناميكيات الموائع الحسابية في مدرسة كولورادو للمناجم ولقبه محض صدفة.
الآن، يقوم الفريق ببناء عمليات محاكاة حاسوبية لاختبار ما إذا كان نموذج تدفق الزخم يصمد خارج ظروف التدفق التي تمت دراستها بالفعل، ويأملون في استخلاصها في النهاية من معادلات ديناميكيات الموائع الأساسية.
وقال ريستروف إن هذه المشكلة “السخيفة” لها تطبيقات في العالم الحقيقي: إن فهم كيفية تحويل القنوات المنحنية لتدفق السوائل إلى قوة دورانية يمكن أن يفيد تصميم التوربينات والأجهزة الأخرى التي تحصد الطاقة من تيارات الرياح والمياه.
وقال: “إذا تمكنا من القيام بشيء من شأنه أن يساعد المهندسين في تصميم الأجهزة للاستفادة بشكل أفضل من جميع الكميات الهائلة من طاقة الرياح والمياه الموجودة حولنا، فسيكون ذلك بالطبع أمرًا رائعًا”.
سميث، جي إي، زو، إم، كوهلك، دبليو، سبرينكل، بي، وريسترووف، إل (2026). تتحكم الهندسة في تدفق الزخم في مشكلة الرشاش. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، 123.https://doi.org/10.1073/pnas.2537479123
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر: www.livescience.com
بتاريخ: 2026-07-27 15:00:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “wakalanews”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
