Die Physik könnte einen brandneuen, spritzfreien Urinaltyp hervorbringen

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Mehrere Prototypen wurden erprobt. Das hohe, schlanke Design (zweiter von rechts) bietet Platz für Personen unterschiedlicher Körpergröße und eliminiert praktisch Spritzer. Bildnachweis: Shi und Pan / University of Waterloo

Das Markieren von Territorien mit Urin ist in der Welt der Säugetiere weit verbreitet – aber in unserer modernen Gesellschaft ist es, sagen wir mal, verpönt. Nichtsdestotrotz markieren Männer häufig und versehentlich Badezimmerböden mit unbeabsichtigten Urinalspritzern.

Urinale sind ein ziemlich großes Geschäft, das auf mehrere hundert Millionen Dollar pro Jahr geschätzt wird. Verständlicherweise würden viele Hersteller in der Branche für Furore sorgen wollen – was in diesem Fall bedeutet nicht Spritzer machen.

Urinale haben eine überraschend komplexe Physik. Die Flüssigkeitsdynamik beim Pinkeln in ein Urinal kann sehr komplex werden, da kein Strahl dem anderen gleicht. Außerdem haben Männer unterschiedliche Größen und unterschiedliche Körpergeometrien, die sich auch auf den Strahl und anschließend auf das Spritzen auswirken können. „Dieses Problem besteht seit der Erfindung des Urinals vor über einem Jahrhundert“, schreiben die Autoren der neuen Studie.

Das wollte Maschinenbauingenieur Zhao Pan von der University of Waterloo in Kanada genauer untersuchen. Zusammen mit mehreren Kollegen derselben Universität führten sie numerische Modelle durch, um zu sehen, was sich auf den Spritzer auswirken könnte, und stellten fest, dass ein Schlüsselelement der Winkel ist, in dem der Strom kommt.

„Wir haben festgestellt, dass beim Auftreffen eines Flüssigkeitsstrahls oder Tröpfchenzugs auf eine starre Oberfläche unterhalb eines bestimmten kritischen Auftreffwinkels fast keine Spritzer erzeugt werden. Daher verhindert eine Oberfläche, die so konstruiert ist, dass sie den Urinstrahl immer gleich oder kleiner als der kritische Winkel schneidet, ein Zurückspritzen“, heißt es in der Zusammenfassung der Studie.

Urinalbenutzer können ebenfalls eine Rolle spielen und versuchen, Spritzer zu reduzieren – aber können Sie sich wirklich auf die Menschen verlassen? Bildnachweis: BYU.

Sie ließen sich von unwahrscheinlichen Quellen inspirieren: Nautilus-Muscheln und Hundeurinieren. Nautilus-Muscheln wurden aufgrund ihrer Eigenschaften in verschiedenen Aspekten der Physik untersucht faszinierende Geometrie, und die von Pan und Kollegen entworfenen Prototypen schöpften ebenfalls aus ihrer Geometrie. Das Team führte numerische Experimente durch und testete die Designs dann natürlich experimentell (mit gefärbten Flüssigkeiten).

„Unsere numerischen und experimentellen Validierungen zeigen, dass unsere Urinaldesigns der typischen Verwendung eines gängigen Urinals, das auf dem Markt erhältlich ist, sowie Szenarien überlegen sind, in denen Urinströme sehr instabil sind (z. B. Urinale in Schiffen und Flugzeugen werden gestört).“

Das mag wie eine skurrile Studie klingen, aber es könnte erhebliche Auswirkungen auf das wirkliche Leben haben. Denken Sie nur an all die Bars und anderen öffentlichen Einrichtungen mit saubereren Böden – das bedeutet nicht nur hygienischere Badezimmer, sondern auch weniger Reinigungsaufwand.

„Unsere neuen Urinaldesigns werden Badezimmer sauberer halten und den Arbeits-, Wasser- und Chemikalienbedarf für die regelmäßige Reinigung reduzieren, um eine nachhaltigere Badpflege zu fördern“, schlussfolgern die Forscher.

Es ist nicht das erste Mal, dass Urinale ins Rampenlicht der Physik gerückt sind. In früheren Forschungen hat ein Team der University of Oxford ein weiches Material entwickelt das könnte als Beschichtung verwendet werden und Spritzer reduzieren – aber das Problem bei diesem Ansatz ist, dass diese weichen Materialien auch schwach sind, was sie für eine langfristige Beschichtung unzuverlässig macht. Außerdem untersuchte vor einem Jahrzehnt ein Team von vier Physikern an der Brigham-Young-Universität (die sich „Wizz-Kids“ nennen) ebenfalls die Eigenschaften von Toiletten und Urinalen. Sie kamen zu dem Schluss, dass Männer so nah wie möglich am Urinal stehen und darauf abzielen sollten, die Rückseite des Urinals in einem nach unten gerichteten Winkel zu treffen.

Aber wie wir alle wissen, kann man sich nicht wirklich darauf verlassen, dass Männer richtig pinkeln, also sind wir wahrscheinlich am besten mit besseren Designs dran, die die Dinge spritzwassergeschützt machen. Letztendlich scheint das Mischen einer nützlichen Geometrie mit besseren Materialien der richtige Weg zu sein. Ehrlich gesagt können wir die Urinale der nächsten Generation kaum erwarten.

Die Studium wurde präsentiert auf der 75. Jahrestagung der Fachgruppe Strömungslehre

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