Februar 3, 2023

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Was ist das beste Design für ein spritzfreies Urinal?  Die Physik hat jetzt die Antwort

Was ist das beste Design für ein spritzfreies Urinal? Die Physik hat jetzt die Antwort

Hineinzoomen / Können Sie das optimale abgewinkelte Urinaldesign bestimmen, um Spritzer zu minimieren? Es ist eine Sekunde von rechts.

Mia Shi/Universität Waterloo

Wissenschaftler der University of Waterloo haben das optimale Design für ein spritzfreies Urinal identifiziert: ein langer, schlanker Porzellankörper mit Rundungen, die an eine Meeresschnecke erinnern, genannt „Nauti-loo“. Das sind gute Nachrichten für Männer, die es leid sind, dass Urin auf ihre Hosen und Schuhe spritzt – und für die armen Seelen, die jeden Fleck regelmäßig beseitigen müssen. Bonus: Es ist ein sehr ästhetisch ansprechendes Design, das dem Rückgrat eines öffentlichen Badezimmers einen Hauch von Klasse verleiht.

„Die Idee entstand genau dort, wo du denkst“, sagte Zhao Pan von Waterloo Sagen Sie New Scientist. „Ich denke, die meisten von uns waren in unseren Posts etwas unaufmerksam und schauten nach unten, um festzustellen, dass wir gefleckte Hosen trugen. Niemand pinkelt gerne überall hin, warum also nicht einfach ein Urinal bauen, bei dem Spritzer höchst unwahrscheinlich sind?“ Sein Doktorand Kavishan Thriyaraja , Präsentieren Sie die Ergebnisse Aus dieser Forschung während der American Physical Society (APS) letzte Woche Treffen zur Fluiddynamik in Indianapolis.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler versuchen, dieses Problem anzugehen. Pan ist ein ehemaliger Doktorand von Tad Truscott, einem Maschinenbauingenieur, der die sogenannte „Splash-Lab„An der Utah State University. Im Jahr 2013 gab Splash Lab (damals an der Brigham Young University) einige hilfreiche Ratschläge, wie Männer vermeiden sollten, Urinspritzer auf ihre Khakihosen zu bekommen, während sie auf der Toilette Stuhlgang machen.“ Auf der Toilette zu sitzen ist am besten, weil der Urin auf seinem Weg zur Schüssel weniger Weg zurücklegen muss.“ Zuvor bei Gizmodo geschrieben. „Wenn Sie sich für die klassische Stehtechnik entscheiden, raten Wissenschaftler, so nah wie möglich am Urinal zu stehen und zu versuchen, den Strahl in einem Winkel nach unten zur Rückseite des Urinals zu richten.“

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Für diejenigen, denen eine optimale Spritzschutzmethode fehlt, bietet Randy Heard, ein anderer Truscott-Student, ein Angebot an Perfektes Design Für spritzfreien Urinaleinsatz 2015 APS Fluid Dynamics Meeting. Es gibt drei grundlegende Arten von Einträgen. Man verwendet ein saugfähiges Tuch, um Spritzer auf ein Minimum zu beschränken; ein anderer verwendet eine Wabenstruktur – eine erhöhte Schicht (gehalten von kleinen Stangen) mit Perforationen – so dass Urintropfen durchfließen, aber kein Spray herauskommt; Der dritte Typ enthält eine Gruppe von Spalten. Saugfähige Stoffe können jedoch Flüssigkeit nicht schnell genug aufnehmen und werden schnell gesättigt, während Strukturen aus Bienenstöcken und Matrixsäulen die allmähliche Bildung von Urinpools nicht verhindern.

Im Jahr 2013 hat das Splash Lab gezeigt, dass ein reduziertes Spritzen erreicht werden kann, indem man auf eine vertikale Oberfläche zielt, näher an das Urinal herangeht und den Aufprallwinkel verringert.

Das Innendesign von Hurd und Truscott wurde von einer Art superabsorbierender Algen (Syntrichia caninervis) gedeiht in sehr trockenem Klima und ist daher sehr gut darin, möglichst viel Wasser zu sammeln und zu speichern. Und sie fanden heraus, dass das vom Menschen hergestellte Material „Fanta SchwarzSie simulierten die Absorptionseigenschaften von Algen. Sie kopierten die Struktur dieses Materials, um es in das Urinal einzusetzen, und stellten fest, dass es das Austreten von Urintröpfchen erfolgreich stoppte – effektiv als „schwarzes Loch im Urin“ fungierte.

Auch die Damen waren von diesem wissenschaftlichen Pisswettbewerb nicht ausgeschlossen. Auch Frauen können Urin verschütten, vor allem, wenn sie zu medizinischen Testzwecken in einen Becher urinieren müssen. Im Jahr 2018 führte Splash Lab eine Reihe von Experimenten mit einem Modell der anatomisch korrekten weiblichen Harnröhre durch. (Sie verwendeten ein weiches Polymer, um die Schamlippen zu modellieren) Inspiriert von den Ergebnissen Das (patentierte) Design der „Orchidee“, A Trichterförmiger Aufsatz Für Urinbecher, die das Verschütten reduzieren. Die Forschung könnte zu Geräten führen, die es Frauen ermöglichen, im Stehen zu urinieren, was ein Segen für Frauen im Militär oder Akademikerinnen wäre, die auf diesem Gebiet arbeiten.

Laut Pan ist der Schlüssel zum optimalen Design eines spritzfreien Urinals der Winkel, in dem der Urinstrahl auf die Porzellanoberfläche trifft; Wählen Sie einen ausreichend kleinen Winkel, und es wird nichts spritzen. Stattdessen erhalten Sie einen glatten Fluss über die Oberfläche, der verhindert, dass Tropfen wegfliegen. (Und ja, es gibt eine kritische Schwelle, an der der Urinfluss sanft vom Spritzen zum Spülen übergeht, denn Phasenübergänge gibt es überall – sogar in unseren öffentlichen Toiletten.) Und es stellt sich heraus, dass Hunde beim Aufrichten bereits den optimalen Winkel bestimmt haben ihre Beine zu urinieren, und wenn sie schwenken et al. Sie entwarfen dies am Computer und legten den optimalen Winkel für einen Menschen auf 30 Grad fest.

Marcel Duchamp "die Fontaine," Dargestellt von Alfred Stieglitz in der 291 Art Gallery nach der Ausstellung der Society of Independent Artists von 1917.
Hineinzoomen / „La Fontaine“ von Marcel Duchamp, fotografiert von Alfred Stieglitz in 291 Kunstgalerien nach der Ausstellung der Society of Independent Artists 1917.

Pan und sein Team führten auch eine Reihe von Experimenten mit gefärbten Flüssigkeiten durch, die in Strahlen unterschiedlicher Geschwindigkeit in eine Reihe von synthetischen Urinaldesigns (siehe oberes Bild) aus dichtem, mit Epoxid beschichtetem Schaum gesprüht wurden – einschließlich einer kommerziellen Standardform und eines ähnlichen Urinals eine, die von Marcel Duchamp in seiner berühmten (und umstrittenen) Kunstinstallation von 1917 verwendet wurde.La Fontaine. Sie alle produzierten unterschiedlich starke Spritzer, die die Wissenschaftler mit Papiertüchern wegwischten. Sie wogen die nassen Handtücher und verglichen dies mit der Sprühmenge beim Trocknen der Papiertücher, um die Sprühmenge abzuschätzen. Je schwerer die nassen Handtücher, desto größer der Spritzschutz.

Der nächste Schritt bestand darin, ein Design zu finden, das den optimalen Urinflusswinkel für Männer über einen weiten Bereich von Körpergrößen bietet. Anstelle der üblichen flachen Box in Form eines Rechtecks ​​landeten sie auf der geschwungenen Struktur der Nautilus-Muschel. Sie wiederholten die simulierten Urinstrahl-Experimente mit den Prototypen, et voilà! Sie bemerkten keinen einzigen verspritzten Tropfen. Im Vergleich dazu produzierten andere Urinaldesigns bis zu 50-mal mehr Wasser als ein Sprinkler. Es gab ein kreisförmiges Design mit einer dreieckigen Öffnung, das in Versuchen besser abschnitt als Nauti-loo, aber Pan et al. Drehen Sie es herunter, da es in einem großen Höhenbereich nicht funktioniert.