抽水馬桶大便時屁股被濺到水,是抬高屁股濺的水會少點還是壓低屁股濺的水少點?

(誰總改問題標題?)重點不是怎麼解決,我問的是假設正常姿勢一定會濺到水,是抬高屁股水花變大距離變大濺的水多,還是降低屁股水花變小距離變小濺的水多?我就突發奇想希望誰能用數學建模物理知識計算一下這個腦洞大開的問題


------------------------------2015.2.18 12:45----------------------------------
還是先把結論列出來吧...沒太多東西其實:
一坨東西掉到水裡,在不同的參數下,激起的水花有三種不同的形態。而這三種形態在我們大便的時候都有可能遇到。
有不夠充分的證據表明,第二種形態下,水花濺起的最大高度正比於物體自由落體的釋放高度,而這個比例係數自然和其餘參數相關

說墊一張紙的請詳細看題主的問題描述

-------------------------------2015.2.17 20:08----------------------------------
從文獻堆里爬出來,看到還沒答題就這麼多贊不勝惶恐Orz....
總結一下我現在找到的直接相關的內容吧,提前聲明一下,沒有找到可以完整的正面回答題主問題的內容。

明確物理問題
我們考慮一個半徑為D的固體球以速度v落入水中(為什麼只是球?我們做物理的可是只研究真空中的球形雞的哼),這個球被認為是從高度h處靜止釋放自由落體,自然有v=sqrt{2gh}
作為與流體有關的問題,我們自然需要考慮這些參數:
ho, eta, sigma即水的密度、黏度、表面張力係數。
拿到這五個參數之後我們可以得到兩個無量綱數
	ext{Reynolds數 }Re=frac{
ho v D}{eta},反映粘滯力的影響,常被用來度量湍流的參量
	ext{Weber數 }We=frac{
ho v^2 D}{sigma},反映動能與表面張力能之比
除此之外,作為固體與流體相互作用的問題,我們還有一個無量綱參數,即球與水的接觸角	heta,反映其是疏水性材料還是親水性材料。
根據無量綱處理的一般思路,由這三個無量綱數就可以唯一確定我們需要的結果:濺出水的最大高度與球自由落體的起始高度之比。

物理圖像
(這部分的圖片摘自Kubota Y, Mochizuki O. Splash formation by a spherical body plunging into water[J]. Journal of visualization, 2009, 12(4): 339-346.)
根據這些無量綱數處於不同的範圍,整個物理過程表現出不同的特性。(這部分的討論中球皆為表面進行了拋光處理的腈綸球,接觸角為定值而不改變)

當Re和We較小時,黏滯力和表面張力的影響較強,一個典型的過程如下圖

(圖中的時間以D/v為一個單位,下同)
可以看出,當球進入水中後,較強的表面張力在球後方維持了一個較穩定的空腔。當球繼續下沉,空腔被兩端湧入的水替代。湧入的水填滿空腔之後相互間發生碰撞,向正上方激發出一個錐狀的水花,沒有出現水花四濺的情景。
被這類水花直接命中屁眼的情況我相信大家是有體會的。

隨著Re和We的增大,物理過程發生了顯著的變化,兩個典型的過程如下圖

a, b 兩組圖是同一參數區域下兩個不同參數的情景。
仔細觀察T=0.12的兩幅圖,注意球的下部,可以看到有一層水膜(film)沿著球的表面往上爬,並在最前沿形成波浪狀花紋(fingers);
在T=0.25時,a圖中的水膜依舊在往上爬,而b圖中的水膜已經有濺出去的跡象。水膜是否濺出去取決於離心力與吸附力的強弱,而水膜上升的速度一般在球體下降速度的2~5倍間(James Oliver, Water entry and related problems, PhD Thesis, Oxford University (2002)),因此球體下降的越快,水膜越早發生濺出。注意水膜前沿的波浪狀花紋,花紋數目是可以從理論上計算的,有n=We^{1/2}Re^{1/4}/(4sqrt{3})(Allen. R. F., The role of surface tension in splashing., Journal of Colloid and Interface Science, 51 (1975), 350-351.);
在T=0.75時,水膜的最前段在頂部匯合,發生碰撞而向外濺出。很明顯的,水膜前段的波浪狀花紋越多,則碰撞後激發出的水滴數越多;
T=1.14時,隨後跟著上來的水發生較劇烈的碰撞,形成較大的水花。
在這個情形下,我們發現無法形成氣體空腔。

隨著參數的繼續變化,落水過程又呈現出了新的面貌,如下圖

在T=0.55時我們可以觀察到濺出的水花,隨後球的迅速下降會導致表面不規則的空氣空泡出現。隨著兩邊液體的迅速靠攏碰撞,一個相當大的、破碎的水花將被激發出來。
一篇發表在Nature Physics上的文章(Duez C, Ybert C, Clanet C, et al. Making a splash with water repellency[J]. Nature Physics, 2007, 3(3): 180-183.)指出,對於與液體接觸角小於pi/2的親水性固體,第二種水花和第三種水花出現的分界點在frac{We}{Re}=frac{v eta}{sigma} approx 0.1處(即當這個參數大於0.1時會變成第三種水花),以常溫下的水做計算,這個臨界速度大致在3{
m{m/s}} - 6{
m m/s}間。
這個情景我相信上過農村裡的那種廁所的小夥伴們深有體會(坑口到底部起碼0.5m+)

關於題主的問題
題主想問的是,在其他參量給定的情況下,濺出水的最大高度和球的入射速度間有什麼關係?很遺憾的是,我並沒有找到什麼對於濺出水最大高度感興趣的文章(當然,找到了不少寫跳水怎麼壓水花的文章,但這些做體育物理的人寫的文章就只知道一個勁的用電腦跑模擬,也不分析分析結果)唯一的一篇文章是上一個部分的圖源,他研究了在第二類水花的情形下,僅改變入射速度,濺出水的最大高度。
他的結果很簡單:
濺出水的最大高度和球自由落體的釋放高度之比為幾乎常數,且小於一
但是,這個結論不能簡單的推廣到一般
問題的結果與兩個無量綱參數Re, We直接相關(讓我們暫且略去接觸角),這篇文章等於是在這個二維平面上畫了一條曲線

並且在中間那段天藍色的曲線段上得到了一個結論
那麼,當我們換了球,換了不同的液體,再考慮同樣一個問題時,等於是在這個二維平面上新畫了一條曲線

原來那段線上的結論能不能推廣過來呢?
我們不知道【攤手
當然我們可以猜測,但是對不對需要實驗來檢驗

其他
題主的問題我就只能回答到這個層面上了,我再說點其他東西吧
要防止濺水的話最簡單有效的辦法題主也說了,墊一張紙
當然我們還可以開點別的腦洞,比如說這篇論文
Bergeron, V., Bonn, D., Martin, J.-Y., Vovelle, L., Controlling droplet deposition with polymer additives, Nature 405 772-775 (2000)
通過向水中加入少量高分子聚合物來改變水的性質以減小水花。
還是上面說的那篇Nature Physics上的文章,考慮了接觸角變化後激發的水花

左右兩副圖中的球,除了左邊與水的接觸角是15度(親水)而右邊與水的接觸角是100度(疏水)外,幾乎沒有任何區別,但是它們激發出的水花和空氣泡卻有天差地別。
由此我們可以給出一個新的建議:改變飲食結構,使得拉出的翔具有很好的親水性

最後
感謝我爸媽,這大過年的時候沒有拉著我去買年貨而讓我在這裡答這種腦洞題
感謝 @趙梓伊提供的視頻鏈接,雖然說那個視頻里的人研究的比較淺...(實際上一篇1908年的文章起碼就確認了這種水花至少有兩類了...)-------------------------------2015.2.17 00:57-----------------------------------
查了一晚上文獻,深感一個東西砸到另一個東西裡面去這個題目,是一個很大很大的坑

  • 找到了蘇聯人算的各種形狀的剛體砸到液體里,在線性近似下的解析解(這種問題線性近似能適用也是出鬼了)
  • 找到了研究砸下去之後帶出來的空腔形狀,以及此時砸下去的東西的運動的

  • 找到了研究這剛體接觸水的頭數百微秒的時間裡受的阻力,以及激發的束流速度的(此時激發的水滴由於過於微小,之後會在空中蒸發)

    (上圖反應的是濺出的水速比上入水球速與雷諾數的關係...很恐怖的速度,但是這個時間段濺出的微小水滴和我們的問題無關...)

  • 有考慮截面形狀與濺水量關係的(但是我們想找的是與入射速度的關係啊啊啊)

  • 還有聲稱一滴水砸到一個淺水池裡,無論在實驗、計算還是理論上都完美解決了的(但是我要的是一坨掉到水裡面去啊...)

  • 就是沒有題主你要的與高度(或者說入水速度)直接相關的東西【攤手

不過還找到有幾篇文獻要等他那邊郵件發過來...明天我收到後看看再看能不能添上坑吧【求不摺疊

另外根據我的感覺,最後的結論應該是入水速度越低,濺出水的相對速度也越低,直接相關的無量綱參數應該是雷諾數和邦德數。


市面上基本就這幾種馬桶,或多或少都會有存水

關鍵點:屎的重量、形狀、落點、水的深淺

從馬桶設計本身來說,很難解決。

馬桶都誕生200多年了,要解決早解決了,這個是個根本上的矛盾。

水少,則容易返味和粘便,水多,則容易濺水。

當你正準備舒舒服服去「輕鬆」一下時,撲通一聲,菊花一涼,喚起你深藏在心底對水的恐懼

其實,遇到馬桶濺水,若是在家還是挺好處理的,擦一擦,沖一衝,大不了糊一手翔。

但是,若是出門在外,情急之下,就........

先模擬下

可見,球狀的屎好像比長條的更容易濺,所以

最簡單的方法:
拉屎的時候盡量保證其完整性,也就是拉出一個長條狀,緩緩入水,就好多了
也就是

中途不要夾斷

中途不要夾斷

中途不要夾斷

你需要精緻地控制著你的括約肌

或許你會說,難度太大了!


那麼,到底應該怎麼做,才能不濺水呢?

其實,只要水面形成有效覆蓋層,就能防止濺水

換句話說,

就是得有個東西把屎托起來。
就是得有個東西把屎托起來。
就是得有個東西把屎托起來。

關鍵在於——什麼東西能形成有效覆蓋層????

有人說,往裡面扔衛生紙不就得了嗎

是的,最常見的紙巾就行

但是,紙巾有個嚴重的問題

就是,

會沉下去

會沉下去

會沉下去

只能防住第一發或者前幾發炮彈。。。。

可見,第一發就帶著紙巾沉下去

幾發過後,迅速沉底,後面的幾發炮彈,面臨的將是

黃色的屎水混合物!

這麼說來,第一發炮彈濺起來的水還挺乾淨的。

而且紙扔多了還容易堵。

所以,你需要一種幫你托著屎的東西,
穩穩地托著,給你穩穩的幸福
然後它自行離去,飄散在風中,,,,,,不對,水中

首先它要足夠的張力來防濺,不會沉,不會濺水

其次它要可溶,不能堵

再次要是兼有除垢的功能就更好了,省的經常刷馬桶

於是我在京東眾籌上發現了個新玩意兒,能很方便地解決這個濺水問題,

叫做妙不言馬桶防濺膜。


我記得以前貓撲上討論過這個問題,分幾種解決方案:
土豪派:先扔幾張紙下去
技巧派:控制角度拉到干區
體力派:用括約肌將便便均勻截斷成小塊

最喪病的是物理派:理論基礎是極高速粒子流垂直射入液體不會有水花濺起,你感受下…


你需要一根玻璃棒引流。

摺疊吧…


這個問題對於有潔癖的我已經困擾了很長時間了!
我認為尤其是女生!(特別是非常時期)應該特別注意這個問題!
手抖,是MM不是CM

但是要是真的這麼簡單就好了...

兩大變數是坨本身和水:
這裡我們要看的是水花(splash)所以必然就涉及到fluid mechanics。。。
根據之前的個人記錄大部分情況下坨的兩種variation:

前者多現於假期期間,後者多發於開學之後;
前者問題不大,主要是後者:

V不確定,H不確定,W不確定導致S不確定etc....
以上的不確定導致最終落水位置不確定,入水角度不確定(圓蛋蛋又是特殊情況。)

然後我就google了一下poop splash....

牆內人民看視頻戳:Poop Splash Elimination
裡面提及的文獻我一併貼上去了 @梁昊 你瞅瞅用木有幫助;
(順便求CSS大神幫看一下為什麼溢出了,overflow哪裡都不行( &>﹏&<。)


你們使用馬桶的方式不對,參見南方公園S16E01馬桶發明者約翰.哈靈頓爵士的介紹


哈哈哈哈哈哈哈,這個問題~~有腦洞!!!
之前從朋友圈看到一張 某咖啡店 廁所門內貼的海報,於是很喜歡就給翻版了下來!!!!!
海報中,有幾個方法可以有效避免濺到水哦哦哦~~

-----------------------------------(一條嚴肅的分割線)-----------------------------------
但據一個常年便秘的人來說,實際情況這樣做效果還不錯:大便前,在坑中扔進(鋪進)一張巴掌大的廁紙,然後就可以妥妥的大便啦啦啦~~~


我覺得我一定要回答一下,畢竟我特么被澎了幾年了(圖片來自百度,侵刪)
我拉過得馬桶有兩種,就是如下圖所示的兩種

1.

這種前面有坡度,所以我們只要把屁屁往前面坐坐(紅色橢圓的就是咋們的屁屁,紅色許多直線就是粑粑,下圖一樣的)然後粑粑就會說著坡度那裡滑了下去,完美不澎一屁股水(niao)

2.

這種呢後面有坡度,這時我們把屁屁往後坐坐,這時粑粑就會順著後面的坡滑下去,完美不澎水(niao)目前我就拉過這兩種典型的馬桶,每次拉粑粑需要提前判斷一下,哈哈哈。有了這個技能再也沒有屎尿上位了(???ω???)


排前列的回答,對於物理考試基本沒有及格過的我,太TM牛了!佩服!

本人從實際解決問題的方面來回答

1、大便前放幾張紙巾,想必很多同學都用過這個辦法,可以較好避免濺水

2、採用馬桶防濺泡泡,多重效果!

馬桶濺水是很多人都會遇到的問題,也是讓馬桶製造廠商很頭疼的問題,因為幾乎所有馬桶都是利用虹吸原理進行排污,這就使得水封必須存在而且水封高度不能太低。既然馬桶水封里有存水,排便時的濺水經常是不可避免的。同時便便時候,產生的異味,會殘留一段時間,導致剛用完馬桶後其他人進入衛生間的尷尬!衛生間的馬桶防濺劑完美解決了這些難題!

馬桶防濺隔臭泡沫,噴一下可持續20分鐘以上,隔離大便和水封,杜絕了大便過程中的臭味和大便濺水問題,讓如廁過程變得無聲無息,讓衛生間空氣保持清新!同時由於泡沫潤滑了馬桶壁,使得馬桶一衝即凈,既省去了刷馬桶的麻煩,也避免水資源浪費。


吾有一記,不知可否可行。
在馬桶坐圈下加裝一圈水霧噴射口,應該可以阻擋濺起的水花。
專門去畫了個圖。


在坑裡鋪點紙就不會濺起來了


往下厥屁股把屎絞斷,然後順勢彈起來把屁股抬高


你說說 費這勁

有這功夫能不能換個好點的馬桶


類似俯衝式轟炸機,拉的時候盡量壓低,便便掉下去時候迅速抬起PP,如此往複。


謝謝ddg邀請我
回答一個味道如此清奇的題
抄起傻瓜軟體答一波

來自win10商店裡的3D Builder

現在的馬桶大概都是這個形狀,把它縱切一刀就是如圖

沒有馬桶蓋?不急,我們的重點是翔和水的問題,該有的自然少不了

那麼怎麼飛才能少濺一點水呢

如果能做到這樣入水那一定是最好的最乾淨舒滑的,和跳水的道理差不多

但是也不能排除這種情況……
一旦遇到這種情況,一定要氣沉丹田,沉著冷靜,持續發力,讓先頭部隊落入水中,不要在這裡斷裂,否則必然菊花殘滿腚傷

還有這種情況
類比跳水,這就好像如下姿勢入水

……………………………………
所以比較切合實際的方法是這個姿勢飛翔

有人說這角度有難度啊

那就調整角度啊

撲通~完美入水


假設菊花和水位高度相同,肯定是不會濺起來的。
假設菊花在飛機上,肯定也是不會濺起來的。


單從高度考慮,濺屎的概率大概是這樣。

當然,讓菊花貼著水位肯定不是科學的方法,所以,選擇高的位置是防止濺屎的最可靠方法。

當然,濺水與否考慮的因素很多,不光是菊花的高度。

還有入水的角度。

以及屎的形態:

所以,選擇一個好的高度,把馬桶做成這樣的深坑,也許是萬全之舉。


請自由地做實驗,並形成實驗報告。。。


主要技術難度在於壓水花。 @郭晶晶


@徐智臨我是來歪樓的。。
看到排名第一的答案po的圖,我就想起了當年cupt。。
果然沙子還是像流體啊。。


先放張衛生紙就不會濺出來了


推薦閱讀:

一斤水能否浮起航母?
廣義相對論和狹義相對論到底是講什麼的?能有個簡單的比喻說清楚嗎?
怎麼通俗地理解張量?
如何解讀中科大潘建偉項目組實現量子瞬間傳輸技術重大突破?
有哪些不錯的數學、物理類的「閑書」?

TAG:物理學 | 流體力學 | 冷知識 | 數學建模 |