數(shù)十年的物理學(xué)之謎—費曼的噴水器問題終于解決

世世代代以來，夏季的炎熱讓孩子們在老式 S 形花園灑水器噴出的螺旋水流中奔跑。

但是，如果噴頭被浸入水中并被吸入水中，會發(fā)生什么情況呢?如果水流被涌入的力驅(qū)動而反向流動，它會像普通噴頭一樣旋轉(zhuǎn)嗎?或者當(dāng)吸力向前推動旋轉(zhuǎn)時，它會以相反的方向旋轉(zhuǎn)嗎?它可能會奇怪地靜止不動嗎?

這是由 20 世紀(jì)中葉著名物理學(xué)家理查德·費曼 (Richard Feynman) 提出的幾十年前的問題，后來被稱為費曼灑水器問題。

現(xiàn)在，一群數(shù)學(xué)家認(rèn)為他們終于通過一系列由數(shù)學(xué)模型支持的實驗室實驗解決了這個問題。

他們當(dāng)然不是第一個嘗試的人，但他們的預(yù)測通過實驗結(jié)果得到驗證是有幫助的。

20 世紀(jì) 40 年代初，費曼是普林斯頓大學(xué)的一名研究生，他做了一個臨時實驗，據(jù)他的同事稱，該實驗顯示灑水器在幾次微小的擺動后保持靜止。恩斯特·馬赫 (Ernst Mach) 在 1883 年首次記錄該問題時也提出了類似的想法。

此后的實驗產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果：一些顯示噴頭朝相反方向旋轉(zhuǎn);另一些顯示噴頭朝相反方向旋轉(zhuǎn)。其他人觀察到它不規(guī)則地改變方向或僅移動了很短的時間。

紐約大學(xué)物理學(xué)博士生王凱哲及其同事將這些差異歸因于過去實驗裝置的幾何形狀以及旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)部軸承之間的摩擦力，這些摩擦力可能抵消了其他力。

因此，他們制造了一種新型超低摩擦旋轉(zhuǎn)軸承，使定制的反向灑水器能夠自由旋轉(zhuǎn)。該灑水器有兩個由彎曲管制成的臂，圓柱形管頂部有一個虹吸管，當(dāng)該裝置浸沒在裝滿水的水箱中時，虹吸管可以吸水。

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