當灑水器變吸水器會發生什么事？

你在公園的草坪上見過旋轉的灑水器嗎？這種裝置不需要復雜的構造，只要噴嘴是L形或S形彎曲的管子，高壓水柱噴出時，就可以利用“反作用力”讓灑水器旋轉。

但是，當水“反方向”從噴嘴被“吸入”時，灑水器會如何轉動？科學家馬赫率先在1883年提出了這個問題。

噴水和吸水并非可逆

許多科學家的直覺反應是：“這很簡單，既然是逆過來的過程，那就跟噴水時灑水器轉的方向相反吧！”于是科學家紛紛設計實驗，探究這個問題，結果卻令人困惑：跟噴水時的方向“順著轉”“逆著轉”“不大會轉”的情況都有；甚至有研究觀察到更復雜的現象：“有時順，有時逆；一下快，一下慢”地亂轉。

這些相互矛盾的結果，引起了當時還是學生的諾貝爾物理獎得主、有“頑童物理學家”之稱的理查·費曼的興趣。他在大學的實驗室里做這個實驗，結果引發大玻璃水瓶爆炸，后來這個問題就被稱為“費曼灑水器問題”。

這個看似簡單的問題，連費曼也沒能解決，到底難在哪里？

灑水器“噴水”時，是由灑水器內部“加壓”，水流順著噴嘴的方向流，并沿著同方向向外噴出，這是比較簡單的狀態；但是“吸水”時，內部“減壓”將管內的水吸走，噴嘴附近的水會從四面八方向噴嘴內流入，補充被吸走的水。過程中，噴嘴附近的水很容易形成紊流，吸入的水進入灑水器內部時，則會再一次形成紊流。

所以，噴水跟吸水的關系并不是“影像倒帶”般的逆轉，吸水的過程比噴水復雜得多，必須考慮灑水器的構造與材質、轉軸的摩擦力、噴嘴的形狀、水的流速等因素及復雜的流體力學作用，只要實驗條件稍有不同，就可能得到不同的結果。

方向相反且轉速不同

近期，紐約大學的研究團隊設計了特制的灑水器，利用表面張力懸浮于水面上，使旋轉時沒有轉軸摩擦力，并且能夠精準控制噴水或吸水的流速，同時在水中加入熒光染料，以便有利于觀察、記錄水流的方向與速度。

經過精密的實驗后，終于得到結論：灑水器“吸水”時的確會以“反方向”旋轉，但旋轉的速度只有噴水時的四十分之一，而且流速較不穩定。除了實驗之外，科學家也進行了流體力學的理論計算，結果也與實驗吻合。

可應用于開發新能源

這個研究解決了從馬赫提出至今，一直困擾科學家140多年的物理問題。不過，我們使用的灑水器只會灑水，不會吸水，這種研究有什么用呢？科學家表示，我們了解流體如何驅動灑水器的原理后，未來可用來開發新能源，如新型的洋流發電，甚至利用臺風發電。

這些看似簡單生活的現象，如果進一步研究，可以讓我們對基本的科學原理有更深的理解，并且可能成為重要的應用科技！