Muistsed hiinlased praktiseerisid kopromantsust, tervise diagnoosimist fekaalide kuju, suuruse ja tekstuuri põhjal. Nii tegid egiptlased, kreeklased ja peaaegu kõik iidsed kultuurid. Isegi tänapäeval võib arst küsida, millal teil viimati roojamist tehti, ja kirjeldada seda oivaliselt.
Seotud sisu
- Kui stressis on sebrad? Lihtsalt küsige nende käest
- Pingviinikoloonia tõus ja langus, salvestatud Poopis
- Soolestiku kontroll: mandrillid nuusutavad Poopi parasiitidega eakaaslaste vältimiseks
- Miks kümme igapäevast tonni sipelgapesa hoiab seda vihmametsa õitsvana
Muidugi, sellest on ebamugav rääkida. Kuid just sinna tuleb teadus, sest see, mis meile ei meeldi arutada, võib ikkagi kahjustada. Ärritatud soole sündroom, põletikuline soolehaigus, seedetrakti infektsioonid ja muud kakatega seotud tervisehäired maksavad ameeriklastele aastas miljardeid dollareid.
Kuid nende probleemide lahendamine ei olnud meie peamine motivatsioon defekatsiooni füüsika mõistmiseks. See oli midagi muud, palju põnevam.
Isiklikust vaatlusest laborisse
Kui vanemlus tabab, lööb see kõvasti. Üks meist on töötav isa, kes jäi ellu, õppides uusi oskusi, millest üks oli väljaheidete analüüs. Aastaid kestnud mähkmevahetused ja seejärel pöörane koolitus muutis mind poo-analüüsi algajast nutikamaks asjatundjaks. Minu elu möödub pildiseeriana: kõvade roojadega graanulid nagu herned kuni pikad roojad nagu sile madu pruuni vee pudruni.
Erinevalt iidsetest ei uskunud me, et suudame laste väljaheitest tulevikku ette näha. Kuid me arvasime, et tasub proovida mõista, kust kõik need kujundid pärinevad. Laboratooriumi olemasolu igapäevaelu puudutavatele küsimustele vastamiseks on teadlasena olemise eriline rõõm.
Vedelike dünaamikutena ühendasime jõud kolorektaalkirurgi Daniel Chu ja kahe vaistuka üliõpilase Candice Kaminski ja Morgan LaMarcaga, kes filmisid Atlanta loomaaias 34 imetajaliigi roojamist ja käsitsi korjatud väljaheiteid, et mõõta nende tihedust ja viskoossust.
Saime teada, et enamik elevante ja teisi taimtoidulisi loovad ujujaid, enamik tiigreid ja muid kiskjaid aga uppujaid. Kogemata järjetasime väljaheited ka kõige vähem haisvateks, alustades tiigrist ja ninasarvikust ning minnes kogu Panda juurde. Loomaaia mitmesugused loomad varustasid meid rooja suuruse ja kujuga, mis olid iseseisvate tõendusmaterjalidena meie roojamise kestuse matemaatilise mudeli kinnitamiseks.
Samuti panime väljaheited seadmesse, mida nimetatakse “reomeetriks” - täppismikseriks, millega saab mõõta vedelike ja tahke materjalide, näiteks šokolaadi ja šampooni omadusi. Meie labor jagab Georgia Tech füüsiku Alberto Fernandez-Nievesega kahte reomeetrit. Sellest ajast alates oleme klassifitseerinud reomeetrid puhtaks reomeetriks ja David Hu reomeetriks - millel on olnud suur osa konnasüljes, limas ja väljaheites.
Kiiruse saladus
Mida me veel õppisime? Suurematel loomadel on pikemad väljaheited. Ja suuremad loomad roojavad ka suurema kiirusega. Näiteks elevant rüvetab kiirusega kuus sentimeetrit sekundis, peaaegu kuus korda nii kiiresti kui koer. Inimese roojamise kiirus on vahemikus: kaks sentimeetrit sekundis.
Kehamassi M ja roojamise aja suhe. Sümbolid tähistavad katselisi mõõtmisi; Katkendjoon vastab andmetele kõige paremini; kindel joon tähistab teoreetilist ennustust. (Yang jt, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) See tähendas koos, et roojamise kestus on paljudes loomaliikides püsiv - umbes 12 sekundit (pluss või miinus 7 sekundit) - isegi kui ruumala varieerub suuresti. Eeldades kellakõvera jaotust, kulub 66 protsendil loomadest roojamiseks 5–19 sekundit. See on üllatavalt väike vahemik, arvestades, et elevantide väljaheidete maht on 10 milliliitrit 20 liitrit, mis on peaaegu tuhat korda suurem kui koera oma. Kuidas saavad suured loomad nii suurel kiirusel roojada?
Roti väljaheidete pinnal olev lima paistab t = 0 ja aurustub vähem kui 30 sekundiga. (Yang jt, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Leidsime, et vastus oli peensoole seinu vooderdava üliõhukese limakihi omadustes. Limakiht on sama õhuke kui inimese juuksed, nii õhuke, et me saaksime seda mõõta ainult fekaalide kaalumisega, kui lima aurustunud oli. Vaatamata õhukesele limale on see väga libe, üle 100 korra vähem viskoosne kui väljaheited.
Roojamise ajal liiguvad väljaheited nagu kindel pistik. Seetõttu määratakse ideaalsetes tingimustes väljaheidete kogupikkus ja läbimõõt lihtsalt pärasoole ja jämesoole kuju järgi. Üks meie uuringu suuri järeldusi oli see, et väljaheited ulatuvad käärsoole pikkusest pärasoole pooleni.
Ühendatud koondamise teooria
Kui panna rooja pikkus kokku lima omadustega, on meil nüüd sidus füüsika lugu sellest, kuidas roojamine toimub. Suurematel loomadel on pikemad väljaheited, aga ka paksem lima, mis võimaldab neil saavutada sama kiirusega suuri kiirusi. Ilma selle limakihita ei pruugi roojamine olla võimalik. Lima muutused võivad põhjustada mitmeid vaevusi, sealhulgas kroonilist kõhukinnisust ja isegi bakterite, näiteks see, seedetraktis nakatunud baktereid, näiteks C. difficile.
Lisaks lihtsalt teaduse uudishimu jälgimisele on meie väljaheidete mõõtmisel olnud ka praktilisi rakendusi. Meie roojamise andmed aitasid meil kavandada täiskasvanutele mõeldud mähe astronautidele. Astronaudid tahavad viibida kosmoseülikondades seitse päeva, kuid neid piiravad nende mähkmed. Kasutades ära väljaheidete viskoossust, lõime mähe, mis eraldab väljaheited otsest kokkupuudet nahaga. See oli NASA Space Poop Challenge'i poolfinalist selle aasta alguses.
See lihtsalt näitab, et füüsikat ja matemaatikat saab kasutada kõikjal, isegi oma WC-potis.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
David Hu, mehaanika ja bioloogia dotsent, füüsika dotsent, Georgia Tehnoloogiainstituut
Patricia Yang, Ph.D. Georgia tehnikainstituudi masinaehituse üliõpilane
