ファインマンの逆スプリンクラー問題、解決 シリースプリンクラーにも適用

Jennifer Ouellette が Ars Technica で報じた記事に基づく。

Watering your lawn in the summer can be both pragmatic and fun with so-called “silly sprinklers,” designed to create amusing loops and spirals of water jets. And there’s some fascinating physics at work to boot. Researchers at New York University’s Courant Institute conducted a series of experiments with different silly sprinkler designs to find the answer to a longstanding problem in fluid dynamics, according to a new paper published in the Proceedings of the National Academy of Sciences.

As previously reported, the reverse sprinkler problem is associated with physicist Richard Feynman because he popularized the concept, but it actually dates back to a chapter in Ernst Mach’s 1883 textbook The Science of Mechanics (Die Mechanik in Ihrer Entwicklung Historisch-Kritisch Dargerstellt). Mach’s thought experiment languished in relative obscurity until a group of Princeton University physicists began debating the issue in the 1940s. Feynman was a graduate student there at the time and threw himself into the debate with gusto, even devising an experiment in the cyclotron laboratory to test his hypothesis.

この問題は、逆方向に水を吸い込むスプリンクラーが回転するかどうかというものだ。直観的には通常のスプリンクラーの逆回転が予想されるが、実際の物理は複雑で、過去には様々な実験結果が報告されてきた。今回の研究は、2024年に発表された「運動量流束理論（momentum flux theory）」を確認し、水の角運動量がどのように回転を駆動するかを解明した。さらに、噴水をループや螺旋状に撒く「シリースプリンクラー」にも同理論が適用できることを示した。

編集部の見解

3〜6ヶ月の短期では、本研究成果が流体力学教育の現場に影響を与える可能性がある。学部生向けの物理実験教材として、逆スプリンクラーとシリースプリンクラーの対比が新たな標準課題となり得る。また、スプリンクラー設計メーカーは、ノズル形状や水流量の最適化にこの理論を応用できるだろう。ただし、現時点では基礎研究の段階であり、直ちに製品改良に結びつくとは言えない。 1〜3年の長期的スパンでは、流体デバイス全般の効率設計に波及が予想される。水車やポンプ、さらにはマイクロ流体デバイスへの応用も視野に入る。特に、乱流や渦の制御が必要な工業プロセスにおいて、運動量流束理論は新たな設計指針を提供する可能性がある。社会実装には追加の工学的検証が不可欠だが、基礎物理の確立が応用への布石となる。 編集部として問いたいのは、古典的な物理学パズルが現代の計測技術によって解決される過程で、従来の常識がどこまで覆されるのかという点だ。また、シリースプリンクラーという日常的な玩具が、未解決問題の検証プラットフォームとして機能した点は、サイエンスコミュニケーションの観点からも興味深い。

参考

• 「Solution to Feynman’s reverse sprinkler puzzle also applies to “silly sprinklers”」, by Jennifer Ouellette — Ars Technica, 2026-07-13T19:00:47.000Z (CC BY-NC-ND)
• 元記事URL: https://arstechnica.com/science/2026/07/solution-to-feynmans-reverse-sprinkler-puzzle-also-applies-to-silly-sprinklers/