「ファインマンのスプリンクラー問題」に新たな実験的解答(Researchers Put “Silly Sprinklers” in Reverse to Further Unravel Decades-Old Physics Puzzle)

2026-07-13 ニューヨーク大学(NYU)

米国ニューヨーク大学(NYU)の研究チームは、長年未解決とされてきた「ファインマンの逆向きスプリンクラー問題」を、さまざまな形状の「シリースプリンクラー(曲がりくねった散水器)」を用いた実験により解明した。逆向きスプリンクラーとは、水を噴射する代わりに吸い込む場合に、どの方向へ回転し、なぜ回転するのかという流体力学上の古典的な問題である。研究では、複数形状のスプリンクラーについて正転・逆転の両方で流れ場や回転トルクを測定した結果、水流が運ぶ角運動量流束(モーメンタムフラックス)が回転を決定する主要因であることを実証した。一方、従来提案されていたマッハの理論や、スプリンクラー外部の流れが支配的とする説では実験結果を説明できなかった。また、アーム形状が内部ジェット流を制御し、回転特性に影響することも示された。この成果は、流体と構造物の相互作用に関する理解を深めるとともに、水力・風力タービンなど流体エネルギー利用機器の設計や最適化への応用が期待される。

「ファインマンのスプリンクラー問題」に新たな実験的解答(Researchers Put “Silly Sprinklers” in Reverse to Further Unravel Decades-Old Physics Puzzle)
The image above captures the flows coming into the reverse sprinkler, also as visualized using particles and false colored. Images courtesy of NYU’s Applied Mathematics Laboratory

<関連情報>

スプリンクラー問題における運動量の流れは幾何学によって制御される Geometry controls momentum flux in the sprinkler problem

Jesse Etan Smith, Mingxuan Zuo, Will Kuhlke, +1 , and Leif Ristroph
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:July 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2537479123

Abstract

Hydro- and aero-mechanical devices convert fluid flows into useful motions, force, and power. The operating principles can involve subtle and poorly understood physics, as epitomized by open questions about systems that aspirate flows through curving tubular arms. Since its introduction by Mach and popularization by Feynman, the so-called reverse sprinkler problem has evoked many competing theories and fluid mechanical effects that have not to date been distinguished by experiments. Here we conduct a series of experiments that directly report on the motions, torques, and flows for devices whose geometries are tailored to disambiguate the leading hypotheses. Our observations run counter to several ideas, such as those based on the total angular momentum of the fluid and others focusing on the flow and pressure distributions at the outer portions of the arms. The measurements instead reveal strong correlations between the sense of torque/rotation and the fluid momentum fluxing into the device. These results suggest an operating principle for the reverse sprinkler involving isotropic input of fluid from the far field and swirl-up in the arms that generates angular momentum, a residual portion of which is injected inside and drives rotation. The mass-to-momentum flux conversion is governed by the geometry of the curving arms. The physics learned here is fundamental to flow–structure interaction problems and may inform applications for harvesting and transforming flow energy.

0106流体工学
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