Apa desain terbaik untuk urinoir bebas percikan? Fisika punya jawabannya sekarang

Para ilmuwan di University of Waterloo telah mengidentifikasi desain optimal untuk urinoir bebas cipratan: badan porselen yang panjang dan ramping dengan lekukan yang mengingatkan pada cangkang nautilus, yang dijuluki “Nauti-loo”. Ini adalah kabar baik bagi para pria yang lelah dengan air kencing yang tumpah di celana dan sepatu mereka – dan bagi jiwa-jiwa malang yang harus membersihkan setiap noda secara teratur. Bonus: Ini adalah desain yang sangat estetis yang memberikan sentuhan kelas pada tulang punggung kamar mandi umum.

“Idenya berasal persis seperti yang Anda pikirkan,” Zhao Pan dari Waterloo Beri tahu Ilmuwan Baru. “Saya pikir sebagian besar dari kami sedikit lalai dalam posting kami dan melihat ke bawah untuk menemukan kami mengenakan celana berbintik-bintik. Tidak ada yang suka buang air kecil di mana-mana, jadi mengapa tidak membuat urinoir di mana cipratan sangat tidak mungkin?” , Sajikan hasilnya Dari penelitian ini selama American Physical Society (APS) minggu lalu Pertemuan tentang dinamika fluida di Indianapolis.

Ini bukan pertama kalinya para ilmuwan mencoba mengatasi masalah ini. Pan adalah mantan mahasiswa pascasarjana Tad Truscott, seorang insinyur mesin yang mendirikan apa yang disebut “Laboratorium Percikan“Di Universitas Negeri Utah. Pada tahun 2013, Splash Lab (saat itu di Universitas Brigham Young) memberikan beberapa saran bermanfaat tentang bagaimana pria harus menghindari semprotan air kencing di celana khaki mereka saat mereka buang air besar di kamar kecil.” Duduk di toilet adalah yang terbaik karena jarak yang ditempuh urin dalam perjalanannya ke mangkuk lebih pendek. Sebelumnya ditulis di Gizmodo. “Jika Anda memilih teknik berdiri klasik, para ilmuwan menyarankan untuk berdiri sedekat mungkin dengan urinoir, dan mencoba mengarahkan aliran pada sudut ke bawah menuju bagian belakang urinoir.”

Bagi mereka yang tidak memiliki metode anti percikan yang optimal, mahasiswa pascasarjana Truscott lainnya, Randy Heard, menawarkan Desain sempurna Untuk penyisipan urinoir bebas percikan 2015 Pertemuan Dinamika Fluida APS. Ada tiga jenis entri dasar. Seseorang menggunakan kain penyerap untuk meminimalkan percikan; yang lain menggunakan struktur sarang lebah – lapisan terangkat (dipegang oleh tiang kecil) dengan perforasi – sehingga tetesan urin melewatinya tetapi tidak ada semprotan yang keluar; Tipe ketiga berisi sekelompok kolom. Namun, kain penyerap tidak dapat menyerap cairan dengan cukup cepat dan cepat menjadi jenuh, sedangkan struktur yang terdiri dari sarang dan kolom matriks tidak mencegah pembentukan genangan urin secara bertahap.

Desain interior Hurd dan Truscott terinspirasi oleh jenis alga penyerap super (Syntrichia caninervis) tumbuh subur di iklim yang sangat kering dan karenanya sangat baik dalam mengumpulkan dan menyimpan air sebanyak mungkin. Dan mereka menemukan bahwa bahan yang dibuat oleh manusia disebut “Hitam Fantastismensimulasikan sifat penyerapan alga. Mereka menyalin struktur bahan tersebut untuk dimasukkan ke dalam urinoir dan menemukan bahwa bahan tersebut berhasil menghentikan keluarnya tetesan urin – secara efektif bertindak sebagai ‘lubang hitam urin.’

Para wanita juga tidak dikecualikan dari kontes kencing sains ini. Wanita juga mengalami tumpahan urin, terutama saat mereka perlu buang air kecil ke dalam cangkir untuk tujuan pengujian medis. Pada tahun 2018, Splash Lab melakukan serangkaian eksperimen yang melibatkan model uretra wanita yang benar secara anatomis. (Mereka menggunakan polimer lunak untuk memodelkan labia) Terinspirasi oleh hasil Desain (dipatenkan) dari “Anggrek”, A Lampiran berbentuk corong Untuk cangkir urin yang mengurangi tumpahan. Penelitian ini dapat menghasilkan perangkat yang memungkinkan wanita buang air kecil sambil berdiri, yang akan menjadi keuntungan bagi wanita di militer atau akademisi yang bekerja di bidang ini.

Menurut Pan, kunci desain optimal dari urinoir bebas percikan adalah sudut aliran urin menyentuh permukaan porselen; Dapatkan sudut yang cukup kecil, dan tidak akan ada percikan. Sebaliknya, Anda mendapatkan aliran halus di permukaan, yang mencegah tetesan terbang. (Dan ya, ada ambang kritis di mana aliran urin berubah dari percikan menjadi pembilasan dengan lancar, karena transisi fase ada di mana-mana — bahkan di toilet umum kita.) Dan ternyata, anjing telah menentukan sudut optimal saat mereka mengangkat kaki mereka untuk buang air kecil, dan ketika mereka pincang et al. Mereka mendesain ini di komputer, dan mematok sudut optimal untuk manusia pada 30 derajat.

Pan dan timnya juga melakukan serangkaian percobaan dengan cairan berwarna yang disemprotkan dalam jet dengan kecepatan bervariasi ke berbagai desain urinoir sintetik (lihat gambar atas) yang terbuat dari busa berlapis epoksi padat – termasuk bentuk komersial standar dan urinoir yang mirip dengan yang digunakan oleh Marcel Duchamp dalam instalasi seni 1917-nya yang terkenal (dan kontroversial)”air mancur. Mereka semua menghasilkan berbagai tingkat percikan, yang diseka oleh para ilmuwan dengan handuk kertas. Mereka menimbang handuk basah dan membandingkannya dengan jumlah semprotan saat handuk kertas dikeringkan untuk memperkirakan jumlah semprotan. Semakin berat handuk basah, semakin besar splashback.

Langkah selanjutnya adalah menemukan desain yang akan memberikan sudut aliran urin yang optimal untuk pria di berbagai ketinggian. Alih-alih kotak dangkal biasa berbentuk persegi panjang, mereka mendarat di struktur melengkung cangkang nautilus. Mereka mengulangi percobaan aliran urin yang disimulasikan dengan prototipe, Dan begitulah! Mereka tidak melihat setetes pun berceceran. Sebagai perbandingan, desain urinoir lain menghasilkan air hingga 50 kali lebih banyak daripada alat penyiram. Ada satu desain melingkar dengan bukaan berbentuk segitiga yang tampil lebih baik daripada Nauti-loo dalam uji coba, tapi Pan et al. Matikan karena tidak akan berfungsi di berbagai ketinggian.