ما هو أفضل تصميم لمبولة خالية من الرذاذ؟ الفيزياء لديها الجواب الآن

حدد العلماء في جامعة واترلو التصميم الأمثل لمبولة خالية من الرذاذ: هيكل طويل ونحيف من الخزف مع منحنيات تذكرنا بقشرة نوتيلوس ، أطلق عليها اسم “Nauti-loo”. هذه أخبار جيدة للرجال الذين سئموا من تسرب البول على سراويلهم وأحذيتهم – وللأرواح المسكينة الذين يتعين عليهم تنظيف كل البقع بانتظام. المكافأة: إنه تصميم جذاب للغاية من الناحية الجمالية ، مما يمنح العمود الفقري للحمام العام لمسة من الصف.

“نشأت الفكرة بالضبط حيث تعتقد أنها نشأت” ، Zhao Pan من Waterloo أخبر نيو ساينتست. “أعتقد أن معظمنا كان غافلًا بعض الشيء في منشوراتنا ونظر إلى الأسفل ليجدنا أننا كنا نرتدي سروالًا مرقطًا. لا أحد يحب التبول في كل مكان ، فلماذا لا تصنع مبولة فقط حيث يكون تناثر البقع أمرًا مستبعدًا للغاية؟ ” طالبه الخريج كافيشان ثرياراجا ، قدم النتائج من هذا البحث خلال الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) الأسبوع الماضي اجتماع على ديناميات الموائع في انديانابوليس.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يحاول فيها العلماء معالجة هذه المشكلة. بان هو طالب دراسات عليا سابق في تاد تروسكوت ، وهو مهندس ميكانيكي أسس ما يسمى “معمل سبلاش“في جامعة ولاية يوتا. في عام 2013 ، قدم مختبر سبلاش (ثم في جامعة بريغهام يونغ) بعض النصائح المفيدة حول كيفية تجنب الرجال تلطيخ سروالهم الكاكي برذاذ البول بينما يقضون حاجتهم في دورات المياه.” الجلوس على المرحاض هو الأفضل لأن هناك مسافة أقل ليغطيها البول في رحلته إلى الوعاء ” كتب سابقًا في Gizmodo. “إذا اخترت أسلوب الوقوف الكلاسيكي ، ينصح العلماء بالوقوف بالقرب من المبولة قدر الإمكان ، ومحاولة توجيه التيار بزاوية لأسفل باتجاه الجزء الخلفي من المبولة.”

بالنسبة لأولئك الذين يفتقرون إلى الأسلوب الأمثل لمكافحة الرش ، قدم آخر من طلاب الدراسات العليا في تروسكوت ، راندي هيرد ، تصميم مثالي لإدخال مبولة خالٍ من الرذاذ في 2015 اجتماع ديناميكيات الموائع APS. هناك ثلاثة أنواع أساسية من الإدخالات. يستخدم المرء قطعة قماش ماصة للحفاظ على الرش إلى الحد الأدنى ؛ آخر يستخدم بنية قرص العسل – طبقة مرتفعة (مثبتة بواسطة أعمدة صغيرة) بها ثقوب – بحيث تمر قطرات البول من خلالها ولكن لا يخرج رذاذ ؛ والنوع الثالث فيه مجموعة من الأعمدة. ومع ذلك ، لا تستطيع الأقمشة الماصة امتصاص السائل بسرعة كافية وسرعان ما تصبح مشبعة ، في حين لا تمنع الهياكل المكونة من خلايا النحل والأعمدة المصفوفة تجمعات البول من التكون التدريجي.

استلهم تصميم Hurd and Truscott الداخلي من نوع من الطحالب فائقة الامتصاص (Syntrichia caninervis) يزدهر في المناخات الجافة جدًا وبالتالي فهو جيد جدًا في جمع وتخزين أكبر قدر ممكن من المياه. ووجدوا أن المادة التي صنعها الإنسان تسمى “فانتا بلاك“محاكاة خصائص امتصاص الطحالب. قاموا بنسخ بنية تلك المادة لإدخالها في المبولة ووجدوا أنها نجحت في منع قطرات البول من الهروب – تعمل بشكل فعال كـ” ثقب أسود في البول “.

كما لم يتم استبعاد السيدات من مسابقة التبول العلمية هذه. تعاني النساء أيضًا من انسكاب البول ، وعلى الأخص عند الحاجة إلى التبول في الكوب لأغراض الاختبارات الطبية. في عام 2018 ، أجرى مختبر سبلاش سلسلة من التجارب التي تضمنت نموذجًا لمجرى البول الأنثوي الصحيح تشريحيًا. (استخدموا بوليمرًا ناعمًا لنمذجة الشفرين) مستوحاة من النتائج التصميم (الحاصل على براءة اختراع) لـ “الأوركيد” ، أ مرفق على شكل قمع لأكواب البول التي تقلل الانسكاب. يمكن أن يؤدي البحث إلى أجهزة تسمح للمرأة بالتبول واقفًا ، والتي ستكون نعمة للنساء في الجيش أو الأكاديميات العاملات في هذا المجال.

وفقًا لـ Pan ، فإن مفتاح التصميم الأمثل للمبولة الخالية من الرذاذ هو الزاوية التي يضرب بها تيار البول سطح البورسلين ؛ الحصول على زاوية صغيرة بما يكفي ، ولن يكون هناك أي تناثر. بدلاً من ذلك ، تحصل على تدفق سلس عبر السطح ، مما يمنع القطرات من التطاير. (ونعم ، هناك عتبة حرجة يتحول عندها تدفق البول من الرش إلى التدفق بسلاسة ، لأن انتقالات الطور موجودة في كل مكان – حتى في دورات المياه العامة لدينا.) واتضح أن الكلاب قد حددت بالفعل الزاوية المثلى أثناء رفعها الساقين إلى التبول ، وعندما عموم وآخرون. صمموا هذا على جهاز كمبيوتر ، وربطوا الزاوية المثلى للإنسان عند 30 درجة.

أجرى بان وفريقه أيضًا سلسلة من التجارب على السوائل المصبوغة التي تم رشها في نفاثات ذات سرعات متفاوتة في مجموعة من تصميمات المبولة الاصطناعية (انظر الصورة العلوية) المصنوعة من رغوة كثيفة مغطاة بالإيبوكسي – بما في ذلك الشكل التجاري القياسي ومبولة مماثلة إلى الذي استخدمه مارسيل دوشامب في تركيبته الفنية الشهيرة (والمثيرة للجدل) لعام 1917 “لافونتين. “أنتجت جميعها درجات متفاوتة من البقع ، والتي مسحها العلماء بالمناشف الورقية. قاموا بوزن المناشف المبللة وقارنوا ذلك بكمية المناشف الورقية عندما تجف لتقدير كمية الرذاذ. وكلما زاد وزن المناشف المبللة ، زاد وزن المناشف أكبر سبلاشباك.

كانت الخطوة التالية هي اكتشاف تصميم من شأنه أن يوفر زاوية تدفق البول المثلى للرجال عبر مجموعة واسعة من الارتفاعات. بدلاً من الصندوق الضحل المعتاد على شكل مستطيل ، هبطوا على الهيكل المنحني لقذيفة نوتيلوس. كرروا تجارب تيار البول المحاكاة مع النماذج الأولية ، وآخرون فويلا! لم يلاحظوا قطرة واحدة تتناثر. بالمقارنة ، أنتجت تصميمات المبولة الأخرى ما يصل إلى 50 مرة أكثر من رشاش الماء. كان هناك تصميم دائري واحد مع فتحة على شكل مثلث كان أداؤها أفضل من Nauti-loo في التجارب ، لكن Pan وآخرون. رفضه لأنه لن يعمل عبر نطاق واسع من الارتفاعات.