Misteri Fisika Puluhan Tahun Terkuak Lewat "Penyiram Tanaman Unik"

Peneliti NYU berhasil memecahkan teka-teki fisika klasik mengenai arah putaran penyiram air raksasa saat alirannya dibalik.

Aliran masuk ke sprinkler belakang yang divisualisasikan menggunakan partikel dan warna palsu. Foto: Applied Mathematics Laboratory/NYU

Ringkasan 

• Peneliti memecahkan Feynman’s Sprinkler Problem dengan menguji penyiram air berbentuk unik (silly sprinklers) dalam mode biasa dan mode terbalik (menyedot air).
• Teori momentum flux terbukti paling akurat menjelaskan gerakan penyiram air dibandingkan teori fisikawan terdahulu seperti Ernst Mach atau Richard Feynman.
• Temuan ini penting untuk pengembangan teknologi masa depan, seperti optimalisasi turbin pengubah aliran fluida menjadi energi.

SETIAP musim panas, pekarangan rumah kerap dihiasi penyiram tanaman hias dengan selang melengkung atau berputar yang menyemprotkan air secara kreatif. 

Meski terlihat sederhana, alat penyiram unik (silly sprinklers) ini justru menjadi kunci bagi tim matematikawan untuk memecahkan misteri fisika yang telah membingungkan para ilmuwan selama puluhan tahun.

Para peneliti berusaha memecahkan Feynman’s Sprinkler Problem: bagaimana cara kerja penyiram air jika alirannya dibalik, yaitu saat air dihisap masuk ke dalam alat, bukan disemprotkan keluar? 

Melalui serangkaian eksperimen menggunakan penyiram air berdesain khusus, para peneliti menemukan jawaban pasti mengenai cara aliran fluida memberikan gaya dan menggerakkan suatu struktur.

"Pekerjaan ini memberikan jawaban eksperimental untuk Feynman’s Sprinkler Problem dengan menunjukkan bagaimana momentum sudut aliran air memicu putaran penyiram di berbagai jenis alat."

Demikian Leif Ristroph, profesor di Courant Institute, New York University (NYU), sekaligus penulis utama studi yang terbit di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Fenomena ini pertama kali dipopulerkan oleh fisikawan ternama Richard Feynman pada tahun 1980-an melalui catatan eksperimennya. 

Pada studi sebelumnya di tahun 2024, tim menemukan bahwa penyiram mode terbalik berputar 50 kali lebih lambat daripada penyiram konvensional. 

Penyiram biasa bekerja mirip roket putar yang didorong oleh semprotan air dari lengannya. 

Sebaliknya, penyiram terbalik bekerja seperti "roket dalam-luar", di mana dua jet air di dalam bilik saling bertabrakan secara tidak sejajar, sehingga menciptakan gaya dorong putar balik.

Dalam studi terbarunya, tim membuat berbagai bentuk penyiram dengan lekukan rumit untuk menguji tiga teori utama. 

Hasil eksperimen membuktikan bahwa teori momentum flux milik tim NYU adalah yang paling tepat. 

Teori Ernst Mach dari tahun 1880-an dan teori Feynman sendiri terbukti kurang akurat karena tidak mampu menjelaskan torsi serta gerakan yang terjadi pada eksperimen nyata.

Riset yang didukung oleh National Science Foundation ini tidak hanya menyelesaikan teka-teki fisika murni, tetapi juga memberikan pemahaman mendalam tentang interaksi struktur dengan aliran cairan. 

Pemahaman ini sangat berguna bagi pengembangan rekayasa teknologi masa depan, seperti perancangan turbin yang lebih efisien dalam mengubah aliran fluida menjadi energi listrik.

Disadur dari NYU News - Researchers Put “Silly Sprinklers” in Reverse to Further Unravel Decades-Old Physics Puzzle yang diakses pada Ju;i 2026.