Писающие собаки и бумажные полотенца помогли создать идеальный писсуар

Физики из Канады и США спроектировали писсуары, которые существенно уменьшают количество брызг при мочеиспускании. Они провели серию экспериментов с бумажными полотенцами и водой, чтобы убедиться в том, что компьютерная модель, вдохновленная писающими собаками, точно работает. Наиболее универсальному из них ученые дали имя Nauti-Loo. Они надеются, что их разработки найдут применение при проектировании туалетов. О своих трудах один из авторов исследования доложил 22 ноября на конференции, организованной в Индианаполисе Подразделением гидродинамики Американского физического общества. Кратко об исследовании сообщает NewScientist.

Мужчины пользуются писсуарами с давних времен (женские писсуары тоже существуют, но появились гораздо позже). К их преимуществам по сравнению с обычными унитазами можно отнести компактность размещения, что позволяет обеспечить справление нужды большому количеству людей на сравнительно небольшой площади в местах массового скопления (торговых центрах, стадионах, аэропортах и так далее). Писсуары также берегут воду — каждая сантехническая единица может экономить до 170 тысяч литров воды в год.

Главной проблемой этой разновидности унитазов становится разбрызгивание мочи при попадании струи на поверхность. Разлет брызг может достигать полутора метров, что пачкает как человека, так и поверхности вокруг писсуара. Оставшаяся вне писсуара моча становится источником бактерий и неприятного запаха.

Усилия физиков, направленные на решение этой проблемы, показали, что одной из ее причин становится нестабильность Рэлея — Плато, проявляющаяся в виде самопроизвольного разбиения струи на серию капель. Для борьбы с этим явлением ученые советуют стоять ближе к писсуару.

Важным аспектом оказывается и геометрия чаши. Хотя сегодня ученые в целом знают оптимальные значения угла между струей и поверхностью, их не всегда удается соблюсти, поскольку вертикально положение источника струи различно у разных людей, а угол полета может меняться от мочеиспускания к мочеиспусканию. В ряде случаев эта проблема решается с помощью мухи, нарисованной в оптимальном месте чаши. Она стимулирует игровое поведение при справлении нужды, направленное на прицельное мочеиспускание и, таким образом, уменьшает разбрызгивание.

Группа американских и канадских физиков решила использовать другой подход к этой проблеме. Ученые с помощью гидродинамических симуляций спроектировали несколько вариантов писсуаров и проверили их с помощью экспериментов с водой и полотенцами. Результатами работы на конференции поделился один из авторов исследования, Кавешан Турайраджа (Kaveeshan Thurairajah) из Университета Ватерлоо.

Исследование ученых было вдохновлено тем, как писают собаки. Действительно, животные, которые мочатся на дерево, поднимают свою ногу ровно на такую высоту, чтобы струя пришла к поверхности под некоторым оптимальным углом. Компьютерная модель, позволяющая воспроизвести этот эффект, оказалась полезной при проектировании писсуаров. В случае с сантехническими материалами этот оптимальный угол оказался близок к 30 градусам.

Всего ученые спроектировали три типа писсуаров и воспроизвели их с помощью плотного пенистого материала, покрытого эпоксидной смолой. Для сравнения они изготовили копию одного из писсуаров, доступного в продаже (первый слева на рисунке выше), а также писсуар, напоминающий тот, что использовал художник Марсель Дюшан при создании «Фонтана» (второй слева).

В серии экспериментов физики направляли на писсуары струю воды с различными скоростями и с разной высоты. В каждом случае они вытирали пространство вокруг них насухо с помощью одинаковых бумажных полотенец. Взвешивание использованного полотенца позволяло оценить количество разбрызганной воды и, следовательно, эффективность дизайна.

Наилучшим образом показал себя писсуар с треугольным входом, напоминающим перевернутую каплю (первый справа), однако он не подходил для слишком взрослых людей. Вместо него авторы отметили экземпляр с более вытянутым дизайном и закруглением внизу (второй справа). Кривизна последнего показалась физикам похожей на раковину Nautilus pompilius, из-за чего писсуар получил имя Nauti-Loo (игра слов: «loo» с английского означает «туалет»).

Хотя Nauti-Loo создавал в два раза больше брызг, чем самый оптимальный писсуар, он превосходил по этому параметру традиционные писсуары в 50 раз. При этом он позволял поддерживать угол в 30 градусов для людей любого роста. Авторы надеются, что их разработка поможет сделать туалеты более чистыми. А по мнению научного редактора Американского физического общества Эрики Карлсон, Турайраджа с коллегами вполне могут рассчитывать на Шнобелевку.

Разбиение струи на капли может иметь и положительные стороны. Мы уже рассказывали, как неустойчивость Рэлея — Плато помогает капельным кристаллам самособираться, а также как лазер помог сделать такое разбиение однородным.