Wat is het beste ontwerp voor een spatvrij urinoir? De natuurkunde heeft nu het antwoord

Wetenschappers van de Universiteit van Waterloo hebben het optimale ontwerp voor een spatvrij urinoir geïdentificeerd: een lang, slank lichaam van porselein met rondingen die doen denken aan een nautilusschelp, genaamd “Nauti-loo”. Dit is goed nieuws voor mannen die genoeg hebben van het morsen van urine op hun broek en schoenen – en voor de arme zielen die elke vlek regelmatig moeten opruimen. Bonus: het is een zeer esthetisch ontwerp dat de ruggengraat van een openbare badkamer een vleugje klasse geeft.

“Het idee is precies ontstaan ​​waar je denkt dat het is ontstaan,” Zhao Pan van Waterloo Vertel het aan New Scientist. “Ik denk dat de meesten van ons een beetje onoplettend waren in onze posten en naar beneden keken om te ontdekken dat we een gevlekte broek droegen. Niemand plas graag overal, dus waarom zou je niet gewoon een urinoir maken waar spatten hoogst onwaarschijnlijk is? ” Zijn afgestudeerde student Kavishan Thriyaraja , Presenteer de resultaten Uit dit onderzoek tijdens de American Physical Society (APS) vorige week Bijeenkomst over vloeistofdynamica in Indianapolis.

Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers dit probleem proberen aan te pakken. Pan is een voormalige afgestudeerde student van Tad Truscott, een werktuigbouwkundig ingenieur die de zogenaamde “Splash-lab“Aan de Utah State University. In 2013 gaf Splash Lab (toen aan de Brigham Young University) nuttig advies over hoe mannen moeten voorkomen dat ze urinespray op hun kaki broek krijgen terwijl ze poepen in de toiletten.” Op het toilet zitten is het beste omdat er minder afstand is die de urine moet afleggen op weg naar de kom.” Eerder geschreven bij Gizmodo. “Als je de klassieke staande techniek kiest, raden wetenschappers aan om zo dicht mogelijk bij het urinoir te gaan staan ​​en proberen de stroom schuin naar beneden naar de achterkant van het urinoir te leiden.”

Voor degenen die geen optimale anti-spatmethode hebben, biedt een andere afgestudeerde student van Truscott, Randy Heard, aan Perfect ontwerp Voor spatvrij inbrengen van urinoirs 2015 APS Fluid Dynamics-bijeenkomst. Er zijn drie basistypen invoer. Men gebruikt een absorberende doek om spatten tot een minimum te beperken; een ander gebruikt een honingraatstructuur – een verhoogde laag (vastgehouden door kleine paaltjes) met perforaties – zodat druppels urine er doorheen gaan maar er geen nevel uitkomt; Het derde type bevat een groep kolommen. Absorberende stoffen kunnen echter niet snel genoeg vloeistof opnemen en raken snel verzadigd, terwijl structuren bestaande uit netelroos en matrixkolommen niet voorkomen dat zich geleidelijk urineplassen vormen.

Het interieurontwerp van Hurd en Truscott is geïnspireerd op een soort superabsorberende algen (Syntrichia caninervis) gedijt in zeer droge klimaten en is daarom erg goed in het opvangen en opslaan van zoveel mogelijk water. En ze ontdekten dat het door de mens gemaakte materiaal “Fanta Zwartde absorptie-eigenschappen van algen nabootsen.Ze kopieerden de structuur van dat materiaal voor plaatsing in het urinoir en ontdekten dat het met succes de urinedruppels stopte met ontsnappen – effectief werkend als een ‘urinezwart gat’.

Evenmin werden de dames uitgesloten van deze wetenschappelijke piswedstrijd. Vrouwen ervaren ook urineverlies, met name wanneer ze voor medische testdoeleinden in een beker moeten plassen. In 2018 voerde Splash Lab een reeks experimenten uit met een model van de anatomisch correcte vrouwelijke urethra. (Ze gebruikten een zacht polymeer om de schaamlippen te modelleren) Geïnspireerd door de resultaten Het (gepatenteerde) ontwerp van de “Orchid”, A Trechtervormig opzetstuk Voor urinebekers die morsen verminderen. Het onderzoek zou kunnen leiden tot apparaten waarmee vrouwen staand kunnen plassen, wat een zegen zou zijn voor vrouwen in het leger of academici die op dit gebied werken.

Volgens Pan is de sleutel tot een optimaal ontwerp van een spatvrij urinoir de hoek waaronder de urinestraal het porseleinoppervlak raakt; Zorg voor een hoek die klein genoeg is en er zal geen spatten zijn. In plaats daarvan krijg je een vloeiende stroming over het oppervlak, wat voorkomt dat druppels wegvliegen. (En ja, er is een kritieke drempel waarop de urinestroom soepel overgaat van spetteren naar spoelen, omdat faseovergangen overal zijn – zelfs in onze openbare toiletten.) En het blijkt dat honden al de optimale hoek hebben bepaald als ze opstaan hun benen om te plassen, en als ze pannen et al. Ze ontwierpen dit op een computer en stelden de optimale hoek voor een mens vast op 30 graden.

Pan en zijn team voerden ook een reeks experimenten uit met geverfde vloeistoffen die in stralen van verschillende snelheden werden gespoten in een reeks synthetische urinoirontwerpen (zie bovenste afbeelding) gemaakt van dicht epoxygecoat schuim – inclusief een standaard commerciële vorm en een urinoir vergelijkbaar met de een gebruikt door Marcel Duchamp in zijn beroemde (en controversiële) kunstinstallatie uit 1917″La Fontaine. Ze produceerden allemaal een verschillende mate van spatten, die de wetenschappers wegvegen met keukenpapier. Ze wogen de natte handdoeken en vergeleken dat met de hoeveelheid spray toen de papieren handdoeken droogden om de hoeveelheid spray te schatten. Hoe zwaarder de natte handdoeken, hoe groter de spatwand.

De volgende stap was het ontdekken van een ontwerp dat de optimale urinestroomhoek zou bieden voor mannen over een breed scala aan lichaamslengtes. In plaats van de gebruikelijke ondiepe doos in de vorm van een rechthoek kwamen ze terecht op de gebogen structuur van de nautilusschelp. Ze herhaalden de gesimuleerde urinestroomexperimenten met de prototypes, en voila! Ze merkten geen enkele druppel op die spetterde. Ter vergelijking: andere ontwerpen van urinoirs produceerden tot 50 keer meer water dan een sproeier. Er was één cirkelvormig ontwerp met een driehoekige opening dat beter presteerde dan Nauti-loo in proeven, maar Pan et al. Zet het lager, want het werkt niet op een groot aantal hoogtes.