Sapete che un irrigatore da giardino dietro i suoi getti d’acqua nasconde uno dei problemi più discussi della fluidodinamica? Il cosiddetto irrigatore inverso, reso celebre dal fisico Richard Feynman, funziona al contrario rispetto a un modello normale: invece di espellere acqua dai bracci, la aspira.

Per decenni gli scienziati si sono chiesti se, in queste condizioni, il dispositivo dovesse ruotare nella direzione opposta, restare immobile oppure muoversi solo per pochi istanti. Una nuova ricerca della New York University, pubblicata sui Proceedings of the National Academy of Sciences, offre ora una risposta più solida e mostra che lo stesso principio vale anche per i curiosi silly sprinklers, irrigatori progettati per creare spirali e traiettorie giocose (nel frattempo, il Pi greco continua a cambiare).

Il problema dell’irrigatore inverso

Il problema risale almeno al 1883, quando Ernst Mach lo descrisse nel suo trattato sulla meccanica. Secondo Mach, le forze esercitate dall’acqua aspirata avrebbero dovuto annullarsi, impedendo una rotazione stabile. Feynman affrontò la questione negli anni Quaranta, costruendo un esperimento nel laboratorio del ciclotrone di Princeton. Osservò soltanto un piccolo tremore iniziale, seguito dal ritorno alla posizione di partenza. Esperimenti successivi produssero però risultati contraddittori: alcuni dispositivi ruotavano lentamente al contrario, altri oscillavano o cambiavano direzione in base alla forma dei bracci.

La nuova ricerca del 2024

Nel 2024, il matematico applicato Leif Ristroph e i suoi colleghi costruirono un irrigatore immerso in acqua, dotato di cuscinetti a bassissimo attrito. Grazie a coloranti, microparticelle, laser e riprese ad alta velocità, seguirono con precisione i flussi interni. Scoprirono che l’irrigatore inverso gira circa cinquanta volte più lentamente di quello tradizionale, comportandosi come un razzo rovesciato: i getti aspirati entrano nella camera centrale e si scontrano in modo asimmetrico, generando una coppia capace di produrre rotazione.

Applicazioni e implicazioni

Il nuovo studio ha esteso le prove a irrigatori di forme differenti, usati sia in modalità normale sia inversa. I risultati confermano la cosiddetta teoria del flusso di quantità di moto e non concordano con le ipotesi di Mach e Feynman. La geometria dei bracci, inoltre, può indirizzare i getti e controllare la forza rotatoria. Una conoscenza apparentemente nata da un gioco estivo potrebbe quindi aiutare a progettare turbine e altri dispositivi capaci di convertire con maggiore efficienza i flussi dei fluidi in energia anche su scala industriale.

Questo problema è risolto, ma c'è un nuovo grande problema per i nostri attuali modelli di fisica.

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