Merre forog az öntözőfej, ha a víz alatt szivattyúzunk vele? Ugyanarra forog, mint locsoláskor, megfordul, esetleg meg sem mozdul? Az egyik majdnem jó válasz.
A New York-i Egyetem matematikusai megoldották a Feynman-féle locsoló elméleti problémáját, és ezzel lezártak egy több mint egy évszázados tudományos vitát. A kertekben világszerte használt öntözőfejek működése közismert: a fejből S alakban kiálló csövek végein a kiáramló víz nyomásának visszaható ereje a vízzel ellentétes irányban forgatja a fejet. A Feynman-locsolót inverz öntözőfejnek is nevezik, mert a fejből kiálló csövekből nem kifelé jön a víz, hanem befelé megy, mint amikor az egészet folyadékba merítjük, és szivattyúzunk vele.
A kérdés, hogy ilyenkor melyik irányba forog a fej. A többség először arra gondol, hogy az történik, mintha a mezei locsolófej működése visszafelé játszódna le. A különös dolog, hogy nem pontosan ez történik, de a fej forgása valóban megfordul.
Az inverz öntöző nem Richard Feynman fizikus fejéből pattant ki, eredetileg Ernst Mach 1883-ban kiadott mechanikatankönyvében szerepel gondolatkísérletként. Machról érdemes tudni, hogy osztrák fizikus és filozófus volt, aki egyebek között a lökéshullámokat kutatta – az ő tiszteletére adjuk meg machban, hogy a hangsebesség hányszorosával halad egy repülőgép. A Princeton fizikusai a múlt század 40-es éveiben fedezték fel újra maguknak a gondolatkísérletet, Richard Feynman a probléma legnagyobb népszerűsítőjeként vált annak névadójává, mielőtt 1965-ben Nobel-díjat kapott volna a kvantum-elektrodinamika kutatásáért.
Feynman annyira pörgött a témán, hogy igyekezetében egy nagyobb üvegballont is felrobbantott víznyomással. Amint azt Tréfál, Feynman úr? című könyvében írja, az emberek egy részének rögtön világos volt, hogy a locsoló forgása megfordul, az emberek másik részének rögtön világos volt, hogy ugyanúgy forog tovább. Maga Ernst Mach eredetileg azon a véleményen volt, hogy az inverz locsolófej
valószínűleg egyáltalán nem mozog.
Feynman kísérletei során a szivattyú indításakor megmoccant ugyan a fej, de utána visszaállt az eredeti helyzetébe, és ott megállt. Kollégái ennek ellenére úgy vélték, hogy a megfelelő nyomás elérésekor a locsoló fordított forgást végezne, de nem az erő-ellenerő, hanem a belsejében keletkező örvénylés miatt.
A történet fonalát nyolc évtizeddel később vette fel az alkalmazott matematika kutatója, Leif Ristroph és az NYU Courant Intézetének munkatársai, akik előszeretettel vizsgálnák a nagyközönség fantáziáját is megmozgató problémákat, mint a Tesla-szelep hatásfoka vagy a szappanbuborék előállításának optimális körülményei.
A világos végeredmény érdekében több órán keresztül működnie kellett az inverz locsolófejnek. A szakemberek először is megpróbálták kiküszöbölni a súrlódás zavaró hatását, ezért dupla falú szifonba építették a fejet, ami így szabadon lebeghetett a folyadékban. Az áramlást a folyadékhoz adott festék és mikrorészecskék tették láthatóvá. A megoldás meglepő volt.
Ristroph és kollégáinak végkövetkeztetése szerint, ahogy a szokványos öntözőfejnél ugyanaz történik, mint egy rakétahajtóműnél, ez történik a fordított esetben is – a fúvókák ebben az esetben nem kifelé, hanem a fej belseje felé irányulnak. Az egymás felé irányított rakéták kioltanák egymás nyomatékát, odabenn azonban nem triviális dolgok történnek, ugyanis a keletkező örvény szimmetriáját eltorzítja a fúvó/szívó cső görbülete. A végeredmény, hogy a Feynman-locsoló mozgása megfordul, és folyamatosan hullámzó sebesség mellett a normál locsoló sebességének ötvenedrészével forog.
A kutatók elismerték, hogy a víz alatti locsolófej a Spongya Bob rajzfilmbe illő technológia, de kiemelték, hogy az áramlás során keletkező erők megismerésének lehet komoly gyakorlati haszna, például levegő vagy folyadék áramlásán alapuló energiatermelő rendszerek tervezésében.