用物理學教你如何拉屎的時候壓水花 | 正經玩_風聞

原創：中科院物理所

小編在開會的時候聽到抱怨

“我蹲馬桶的時候又被水花打濕了屁股。”

“是呀，是呀，我也是好煩啊”

難道這個問題不能解決嗎？

針對這個問題

我們正經玩團隊立馬進行了**“拉翔”**驗證！

實驗器材

蠟燭，小石板，乒乓球，水箱。（實驗材料的形狀最好不同）

實驗過程

第一步：

讓蠟燭模擬“翔”做自由落體運動落入水中，觀察水花。

是不是還挺明顯。

第二步：

讓小石板也做自由落體運動落入水中，觀察水花。

這個水花更加明顯。

第三步：

讓比較輕的乒乓球落入水中，觀察水花。

因為乒乓球太輕，所以並沒有濺起太多水花。

第四步：

將小石板和乒乓球摞在一起，然後一起做自由落體運動落入水中，觀察。

動圖四可以看到，輕的乒乓球被水花一下子抬了非常高的高度。

如果把小石板和乒乓球當成一個重翔一個輕翔，而你恰好排出了這樣的形狀，那麼輕翔會濺到你的[······]

原理解説

這種彈射起來的水流就是沃辛頓射流。當一個物體進入液體時，會向下衝出一個空腔；空腔很快就會發生崩潰，由周圍液體填充，填充的液體會向上反衝，形成射流。

物體進入液體時形成的空腔 | 圖片來源：嗶哩嗶哩@冷科普

沃辛頓射流是一種廣泛存在於自然界與人們生活中的現象，除了本文開頭提到的**“蹲坑難題”之外，像是跳水運動講究的“壓水花“其實就是在想辦法減小沃辛頓射流；此外，如果我們仔細觀察隕石坑**，會發現中心會有凸起，這也是一種沃辛頓射流現象。

中心帶有凸起的隕石坑照片| 圖片來源：嗶哩嗶哩@冷科普

那麼，我們該如何減小沃辛頓射流影響，享受一個不被水花打擾的蹲坑體驗呢？

這裏有幾種方法。首先產生沃辛頓射流需要物體進入水中時有一定的初速度，我們只需要減小這個初速度，就能避免水花的產生，所以我們需要拉出一整個長條的便便不要中斷，讓便便一點一點進入水中就可以避免水花的產生；其次從實驗來看，面積更大的大理石產生的水花比細長的蠟燭要大得多，所以便便越細，越不容易濺起水花；我們還可以從跳水運動員身上找靈感，運動員們為了減小水花，入水時的手勢很講究，整個身體如同尖錐一樣，也就是説，要想水花小，便便的形狀也很重要，尖錐形的最佳；最後，根據實驗研究，當物體表面附有疏水油膜時，在水中會產生更大的空腔，產生更大的沃辛頓射流，所以減少便便中油的含量也對減小水花很有幫助。

參考資料：

[1] 有趣的“沃辛頓射流”，抱球跳水能彈幾十米高，你知道原理嗎？_嗶哩嗶哩_bilibili

[2] Jamali, M. & Rostamijavanani, A. & Nouri, N. & Navidbakhsh, M.. (2020). An experimental study of cavity and Worthington jet formations caused by a falling sphere into an oil film on water. Applied Ocean Research.