Ποια αρχή της φυσικής εξηγεί γιατί περιστρέφεται ένας ψεκαστήρας νερού;
Όταν το νερό ρέει έξω από τις τρύπες ψεκαστήρα, το νερό ασκεί μια δύναμη στις τρύπες. Αυτή η δύναμη δημιουργεί μια ροπή, η οποία προκαλεί την περιστροφή του ψεκαστήρα. Η περιστροφή του ψεκαστήρα διατηρεί τη γωνιακή ορμή, πράγμα που σημαίνει ότι η συνολική γωνιακή ορμή του νερού πριν φύγει από τις οπές είναι ίση με τη συνολική γωνιακή ορμή του ψεκαστήρα μετά την αποχώρηση του νερού.
Μαθηματικά, η διατήρηση της γωνιακής ορμής μπορεί να εκφραστεί ως:
`` `
Iω1 =iω2
`` `
όπου:
* Είναι η στιγμή της αδράνειας του ψεκαστήρα
* Ω1 είναι η αρχική γωνιακή ταχύτητα του νερού πριν φύγει από τις τρύπες
* Ω2 είναι η τελική γωνιακή ταχύτητα του καταιωνιστήρα μετά το νερό έχει αφήσει τις τρύπες
Η στιγμή της αδράνειας ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου είναι ένα μέτρο για το πόσο δύσκολο είναι να αλλάξει η γωνιακή του ταχύτητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η στιγμή της αδράνειας, τόσο πιο δύσκολο είναι να αλλάξει η γωνιακή ταχύτητα.
Στην περίπτωση ενός ψεκαστήρα, η στιγμή της αδράνειας καθορίζεται από τη μάζα και την κατανομή της μάζας του ψεκαστήρα. Όσο βαρύτερο είναι ο ψεκαστήρας και όσο περισσότερο διανέμεται η μάζα από το κέντρο περιστροφής, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η στιγμή της αδράνειας.
Η αρχική γωνιακή ταχύτητα του νερού πριν φύγει από τις οπές καθορίζεται από την πίεση του νερού που ρέει μέσω του ψεκαστήρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, τόσο υψηλότερη θα είναι η αρχική γωνιακή ταχύτητα.
Η τελική γωνιακή ταχύτητα του ψεκαστήρα μετά το νερό έχει αφήσει τις οπές καθορίζεται από τη διατήρηση της γωνιακής ορμής. Όσο μεγαλύτερη είναι η αρχική γωνιακή ταχύτητα του νερού και τόσο μεγαλύτερη είναι η στιγμή της αδράνειας του ψεκαστήρα, τόσο χαμηλότερη θα είναι η τελική γωνιακή ταχύτητα του ψεκαστήρα.
Συνοπτικά, η αρχή της φυσικής που εξηγεί γιατί περιστρέφεται ένας καταιωνιστής νερού είναι η διατήρηση της γωνιακής ορμής. Το νερό που ρέει έξω από τις τρύπες δημιουργεί μια ροπή, η οποία προκαλεί την περιστροφή του ψεκαστήρα. Η περιστροφή του ψεκαστήρα διατηρεί τη γωνιακή ορμή, πράγμα που σημαίνει ότι η συνολική γωνιακή ορμή του νερού πριν φύγει από τις οπές είναι ίση με τη συνολική γωνιακή ορμή του ψεκαστήρα μετά την αποχώρηση του νερού.
