The Physics Of Poop

følgende essay er gjengitt med tillatelse Fra The Conversation, en online publikasjon som dekker den nyeste forskningen.

den gamle Kinesiske praktiserte copromancy, diagnosen helse basert på form, størrelse og tekstur av avføring. Det samme Gjorde Egypterne, Grekerne og nesten alle gamle kulturer. Selv i dag, kan legen spørre når du sist hadde avføring og å beskrive det i utsøkt detalj.

Jo, det er ubehagelig å snakke om. Men det er her vitenskapen kommer inn, fordi det vi ikke liker å diskutere, kan fortsatt forårsake skade. Irritabel tarmsyndrom, inflammatorisk tarmsykdom, gastrointestinale infeksjoner og andre poop-relaterte plager koster Amerikanere milliarder dollar årlig.

men å prøve å demme opp for disse problemene var ikke vår hovedmotivasjon for å prøve å finne ut noe av avføringens fysikk. Det var noe annet, mye mer uhyggelig.

fra personlig observasjon, inn i laboratoriet

når foreldre treffer, treffer det hardt. En av oss er en arbeidende far som overlevde ved å lære et nytt sett med ferdigheter, hvorav den ene var fekal analyse. År med bleie endringer og deretter pottetrening slått meg fra en poo-analyse nybegynner til en wizened connoisseur. Mitt liv går forbi i en serie bilder: harde avføring pellets som erter til lange avføring som en glatt slange til en dam av brunt vann.

I Motsetning til de gamle trodde vi ikke at vi kunne forutsi fremtiden fra barnas avføring. Men vi trodde det var verdt å prøve å forstå hvor alle disse figurene kommer fra. Å ha et laboratorium for å svare på spørsmål om hverdagen er en av de forskjellige gledene ved å være en forsker.

som væskedynamikere gikk vi sammen med kolorektal kirurg Daniel Chu, og to stalwart undergraduates, Candice Kaminski og Morgan LaMarca, som filmet avføring og håndplukket avføring fra 34 pattedyrarter I Zoo Atlanta for å måle dens tetthet og viskositet.

vi lærte at de fleste elefanter og andre planteetere skaper «flytere» mens de fleste tigre og andre rovdyr skaper «synker».»Utilsiktet rangerte vi også avføring fra mest til minst stinkende, starter med tiger og rhino og går helt til panda. Dyrehagen utvalg av dyr gitt oss en rekke fecal størrelser og former som fungerte som uavhengige biter av bevis for å validere vår matematiske modell av varigheten av avføring.

vi plasserte også avføringen i en enhet kalt et «rheometer», en presisjonsblender som kan måle egenskapene til væskelignende og solidlignende materialer som sjokolade og sjampo. Vårt laboratorium deler to rheometre med Georgia Tech fysiker Alberto Fernandez-Nieves. Vi har siden kategorisert rheometrene som «clean rheometer» og » David Hu rheometer – – som har sett sin rettferdige andel av froskespytt, slim og avføring.

hemmeligheten til hastigheten

hva annet lærte vi? Større dyr har lengre avføring. Og større dyr defekerer også med høyere hastighet. For eksempel, en elefant defecates med en hastighet på seks centimeter per sekund, nesten seks ganger så fort som en hund. Hastigheten til avføring for mennesker er mellom: to centimeter per sekund.

Sammen betydde dette at avføringens varighet er konstant på tvers av mange dyrearter-rundt 12 sekunder (pluss eller minus 7 sekunder) – selv om volumet varierer sterkt. Forutsatt en klokkekurvefordeling, tar 66 prosent av dyrene mellom 5 og 19 sekunder å avlede. Det er et overraskende lite utvalg, gitt at elefantfeces har et volum på 20 liter, nesten tusen ganger mer enn en hunds, ved 10 milliliter. Hvordan kan store dyr avlede med så høy hastighet?

svaret, vi fant, var i egenskapene til et ultra-tynt lag av slim som lining veggene i tyktarmen. Slimlaget er så tynt som menneskehår, så tynt at vi bare kunne måle det ved å veie avføring som slim fordampet. Til tross for å være tynn, er slimet veldig glatt, mer enn 100 ganger mindre viskøs enn avføring.

under avføring beveger avføring seg som en solid plugg. Derfor, i ideelle forhold, er den kombinerte lengden og diameteren av avføring ganske enkelt bestemt av formen på ens endetarm og tyktarmen. En av de store funnene i vår studie var at avføring strekker seg halvveis opp i tykktarmen fra endetarmen.

en enhetlig teori om pooping

Å Sette lengden av avføring sammen med egenskapene til slim, har vi nå en sammenhengende fysikkhistorie for hvordan avføring skjer. Større dyr har lengre avføring, men også tykkere slim, slik at de kan oppnå høye hastigheter med samme trykk. Uten dette slimlaget kan avføring ikke være mulig. Endringer i slim kan bidra til flere plager, inkludert kronisk forstoppelse og til og med infeksjoner av bakterier som c. difficile i mage-tarmkanalen.

utover bare å følge vår vitenskapelige nysgjerrighet, har våre målinger av avføring også hatt noen praktiske anvendelser. Våre avføringsdata hjalp oss med å designe en voksen bleie til astronauter. Astronauter ønsker å bli i romdrakter i syv dager, men er begrenset av bleiene sine. Dra nytte av viskositeten av avføring, vi designet en bleie som skiller avføringen bort fra direkte kontakt med huden. Det var en semifinalist i NASA Space Poop Challenge tidligere i år.

det viser bare at fysikk og matematikk kan brukes overalt, selv i toalettskålen din.

denne artikkelen ble opprinnelig publisert På The Conversation. Les den opprinnelige artikkelen.