Richard Feynman era um físico sério que adorava responder a perguntas pouco sérias. A matemática pode te dizer como pedir o almoço ideal? Um humano pode rastrear cheiros como um cão de caça pode cheirando suas próprias pegadas? Agora, os pesquisadores descobriram uma das perguntas não respondidas mais curiosas de Feynman, observando a física dos sprinklers “bobos”.
Um aspersor de gramado típico com bico em forma de S gira em uma determinada direção enquanto jorra água de suas duas aberturas. Mas se você jogar aquele aspersor em uma piscina e conectá-lo a um aspirador de forma que ele sugue a água em vez de borrifá-la, para que lado ele girará – na mesma direção de antes ou na direção oposta?
Feynman fez essa pergunta como estudante de pós-graduação em Princeton na década de 1940. De acordo com o relato de Feynman, ele montou um sprinkler de vidro no laboratório de sua universidade. Ele deu um breve “tremor” e depois mal se moveu, mesmo quando ele aumentou a pressão. Ele repetiu o processo até o vidro quebrar, deixando a resposta ambígua. Desde então, décadas de experiências subsequentes revelaram todas as respostas possíveis – o aspersor girando para um lado, girando para o outro, oscilando para frente e para trás ou nem se movendo – dependendo do cuidado com que os testes foram construídos.
Últimos vídeos deCiência Viva
Em 2024, uma equipe da Universidade de Nova York liderada por um matemático aplicado e um físico experimental Leif Ristroph deu uma primeira olhada na questão, descobrindo que o sprinkler reverso gira oposto a um sprinkler dianteiro. Mas essa explicação foi testada apenas em sprinklers comuns em forma de S e ainda não tinha sido confrontada diretamente com outras duas teorias importantes.
Uma delas, que remonta ao físico austríaco Ernst Mach, sustenta que o momento angular total da água em turbilhão dentro dos braços do aspersor deve ser equilibrado por um giro oposto do próprio aspersor. O outro, associado ao próprio Feynman, concentra-se nos efeitos de pressão e sucção diretamente nos bocais externos.
Então a equipe de Ristroph perguntou: e se o sprinkler não tivesse o formato de um sprinkler? E se seus braços girassem em espiral, dobrassem para o lado errado ou se curvassem sobre si mesmos?
Em um novo estudo publicado em 13 de julho na revista PNASos pesquisadores construíram sete aspersores deliberadamente “bobos” com geometrias de braço incomuns para colocar as principais teorias umas contra as outras. Isso inclui um aspersor com braços que giravam em espiral várias vezes para maximizar o momento angular da água e outro com uma contra-curvatura no bico.
Receba as descobertas mais fascinantes do mundo diretamente na sua caixa de entrada.
Os projetos de sprinklers estudados, com o sentido de rotação observado nos modos direto (seta vermelha) e reverso (azul).
(Crédito da imagem: Laboratório de Matemática Aplicada da NYU)
No processo, eles derrubaram ambas as ideias. Se Mach estivesse certo, o desenho da espiral deveria ter girado de forma dramaticamente diferente. Se Feynman estivesse certo, inverter a curva do bico deveria ter mudado a direção do sprinkler. Nem aconteceu.
“Fomos forçados a dizer: ‘Feynman e seguidores, vocês estão fora'”, disse Ristroph ao WordsSideKick.com.
O aspersor de braço espiral, destinado a testar a teoria de Mach, era igualmente inflexível. Embora o fluido em seu interior carregasse um momento angular substancialmente maior, “o sólido mal se importou”, disse Ristroph.
Todas as três medições nos sete designs apontaram para o cubo central do sprinkler, onde os braços se encontram. Lá, a água que entra colide e gira, gerando um fluxo de momento angular dentro do dispositivo que a estrutura sólida empurra contra. A descoberta sugere que o sprinkler reverso não é muito mais do que uma versão de dentro para fora de um sprinkler dianteiro governado pela mesma física que atua nas extremidades opostas dos braços.
Ristroph enfatizou que esse resultado foi possível graças a Jesse Smith, que acabou de concluir seu doutorado em física na NYU enquanto trabalhava no projeto, junto com uma pequena equipe de alunos do próprio Ristroph e seu colaborador de longa data. Brennan Polvilheespecialista em dinâmica de fluidos computacional da Escola de Minas do Colorado, cujo sobrenome é uma coincidência.
Agora, a equipe está construindo simulações de computador para testar se o modelo de fluxo de momento se mantém além das condições de fluxo já estudadas, e espera eventualmente derivá-lo a partir de equações fundamentais de dinâmica de fluidos.
Ristroph disse que esse problema “bobo” tem aplicações no mundo real: entender como canais curvos convertem o fluxo de fluido em força rotacional poderia informar o projeto de turbinas e outros dispositivos que coletam energia das correntes de vento e água.
“Se pudermos fazer algo que ajude os engenheiros a projetar dispositivos para melhor aproveitar todas as enormes quantidades de energia eólica e hídrica que temos ao nosso redor”, disse ele, “isso seria, claro, uma coisa fantástica”.
Smith, JE, Zuo, M., Kuhlke, W., Sprinkle, B., & Ristroph, L. (2026). A geometria controla o fluxo de momento no problema dos sprinklers. Anais da Academia Nacional de Ciências, 123.
