用物理学教你如何拉屎的时候压水花

文章来源：中科院物理所

原文作者：阿樂小帕iu

小编在开会的时候听到抱怨

“我蹲马桶的时候又被水花打湿了屁股。”

“是呀，是呀，我也是好烦啊”

难道这个问题不能解决吗？

针对这个问题‍‍‍‍‍‍‍

我们正经玩团队立马进行了“拉翔”验证！

实验器材

蜡烛，小石板，乒乓球，水箱。（实验材料的形状最好不同）

第一步：

让蜡烛模拟“翔”做自由落体运动落入水中，观察水花。

是不是还挺明显。

第二步：

让小石板也做自由落体运动落入水中，观察水花。

这个水花更加明显。

第三步：

让比较轻的乒乓球落入水中，观察水花。

因为乒乓球太轻，所以并没有溅起太多水花。

第四步：

将小石板和乒乓球摞在一起，然后一起做自由落体运动落入水中，观察。

动图四可以看到，轻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当成一个重翔一个轻翔，而你恰好排出了这样的形状，那么轻翔会溅到你的[······]

这种弹射起来的水流就是沃辛顿射流。当一个物体进入液体时，会向下冲出一个空腔；空腔很快就会发生崩溃，由周围液体填充，填充的液体会向上反冲，形成射流。

物体进入液体时形成的空腔 | 图片来源：哔哩哔哩@冷科普

沃辛顿射流是一种广泛存在于自然界与人们生活中的现象，除了本文开头提到的“蹲坑难题”之外，像是跳水运动讲究的“压水花“其实就是在想办法减小沃辛顿射流；此外，如果我们仔细观察陨石坑，会发现中心会有凸起，这也是一种沃辛顿射流现象。

中心带有凸起的陨石坑照片| 图片来源：哔哩哔哩@冷科普

那么，我们该如何减小沃辛顿射流影响，享受一个不被水花打扰的蹲坑体验呢？

这里有几种方法。首先产生沃辛顿射流需要物体进入水中时有一定的初速度，我们只需要减小这个初速度，就能避免水花的产生，所以我们需要拉出一整个长条的便便不要中断，让便便一点一点进入水中就可以避免水花的产生；其次从实验来看，面积更大的大理石产生的水花比细长的蜡烛要大得多，所以便便越细，越不容易溅起水花；我们还可以从跳水运动员身上找灵感，运动员们为了减小水花，入水时的手势很讲究，整个身体如同尖锥一样，也就是说，要想水花小，便便的形状也很重要，尖锥形的最佳；最后，根据实验研究，当物体表面附有疏水油膜时，在水中会产生更大的空腔，产生更大的沃辛顿射流，所以减少便便中油的含量也对减小水花很有帮助。

参考资料：

[1] 有趣的“沃辛顿射流”，抱球跳水能弹几十米高，你知道原理吗？_哔哩哔哩_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.