声音来自能产生许多压力波的振动。人类每秒只能听到一定次数的波动(频率),尤其是20次低音(20Hz)到20000次极高声音(20Hz)之间。所以要听到屁,肯定是来自振动频率在这个范围内的东西。这东西是你的肛门。更具体的说,是你直肠的外开口,由两组环状肌肉牢牢控制:肛门内括约肌和肛门外括约肌。当气体在直肠的气体和粪便储存罐中积聚时,压力就会积聚,你会感到放屁或方便,因为一群轻巧而细微的机械接收器会向大脑发送信息,说:“朋友,小心后面,大的来了。」
这些感官都很敏感,所以通常能分辨出是屁还是大便。当你决定放松肛门外括约肌(肛门内括约肌不是你能控制的,只有外括约肌在你的控制之下)时,压缩气体就能打开一个小洞,穿过肛门。
但是,为什么屁气释放时肛门会振动,发出致命的佩佩气体声?嗯,是因为压力和摩擦力。情况就是这样,括约肌打开一个小缝隙让屁排出,但是当气体移动的时候,气体也在屁流动的同时把肛门括约肌吸回去,部分是因为压力被快速的流速降低了,部分是因为空气在括约肌周围流动,部分是因为开了一个洞,直肠内的压力稍微下降了。因此,孔会被短时间关闭,但几乎同时,压力会增加,孔会再次被推开,然后减压后再次关闭,从而反复形成快速打开和关闭的动作。当这种重复的开合动作每秒至少发生二十次时,恭喜你中奖了,你在听觉范围内创造了一长串压力波,赢了一个屁!从这里开始,我们将讨论流体力学*。很神奇吧?
当你肛门排气时开/关的频率达到20 Hz时,你会得到一个屁!
所以直肠内的高压对抗屁冲出肛门瞬间产生的低压,产生一个响亮的屁。
收紧或放松括约肌也可以改变放屁的声音——你越紧挤压屁眼,音调越高,因为会增加直肠内的气压——而且括约肌越紧,洞越小,震动越快。
看起来进退两难,不是吗?如果太放松括约肌,可能会漏一点便便(俗称水屁),更糟糕的是根本不会放屁。括约肌真的不听话。
通过控制你的括约肌,你可以创造娱乐,维持和你喜欢的人的关系。举个例子,如果你在黎明前醒来,感觉有一门大炮即将引爆,但你又不想吵醒你床边的人,请你先做好空空气撇除的准备。在空气即将出来的时候,尽量把两个臀部掰开,让括约肌牢牢张开,不能颤动产生熟悉的刺耳声音。你的直肠空气只是带着一点点潜在的虚度的叹息逸出,你的床伴还是懵懵懂懂。后续的气流当然要小心,但是大多数放屁的人都有很好的办法完成。同样的情况,如果早上7: 00太阳在你伴侣屁股上,请把你的屁股和括约肌收起来,像弓一样收紧,用尽全力让它们出去。早上好!
屁的伯努利定律/库安德效应
瑞士物理学家和数学家丹尼尔·伯努利(1700-1782)出生于一个嫉妒和善于计算的科学家庭。他在力学研究中的数学应用方面特别有天赋,以描述流体力学中能量保留现象的伯努利定律而闻名。听起来很无聊,但实际应用很有趣。这是汽车化油器工作的基本原理,也可能解释了屁在不同条件下以不同压力和速度行进的现象。
伯努利定律是这样的:在运动的流体中,流速高的点承受的压力较小。
气体流入,降低流体压力,增加动能。气压的差别可以从图中两根水银柱的高度差看出。
据说能展示这种运动现象的典型科学演示是让乒乓球在吹风机的气流中漂浮,或者我个人的偏好是用吹叶机让沙滩球漂浮。许多物理学家争论这种现象是与伯努利原理有关还是由库安德效应引起的。而用Sschlieren光学美丽的视觉呈现技术对球体周围的气流进行分析,可以清晰地显示出球体离开中心气流,向一侧运动。与喷射器中间较快的气流相比,外部气流较慢,球体被吸-推-回中间。伯努利原理适用于封闭系统,但是
在这个例子中也有效。
屁也是一样。当它冲出括约肌时,会产生低压,将括约肌吸回到闭合位置。放屁前括约肌打开,压力会暂时降低。
亨利·科恩德姆:(1886-1972)罗马尼亚工程师,当兵表现很差,工程师工作特别出色。他声称他的Kuande 1910是历史上第一架喷气式飞机(虽然他的同事和当时的人不相信这是历史上的第一架)。他在空空气动力学方面下了很大功夫,发现喷出的流体往往会粘在凸面上形成低压区。这个结论叫做库安德效应(Kuande effect),这是另一个,或许更好的结论,可以用来解释为什么沙滩球会在气流中心漂浮的基本原理。如果球偏离主射流,则外气流速度较慢,湍流较多(压力较高),而气流中心球凸面上的空气流速度比较快(压力较低),使球被吸(推)回中心。这很复杂,但同样的压力变化可能发生在你的括约肌边缘。
如何打造一个吹叶机驱动的超响屁?
小菜一碟。首先,你需要一个巨大的括约肌。
从水槽下面拿出橡胶手套,或者买一米直径的气球(这个特别合适)。如果使用手套,切掉手指和拇指,只留下手腕处的橡胶套。如果用气球的话,横向切成两半(就是纵向不要切,口部不要切)。
拿到吹叶机时要小心,它会变得非常危险。永远,永远,永远不要面对你的脸。
只要吸入一点点沙子,就可能毁了你的眼睛。记住不要这样做。
将手套或气球最细的一端拉开,放在吹叶器上,用强力胶带密封。
戴上耳塞或耳机,然后让朋友握住吹叶器,用双手抓住手套或气球的松端,握住打开准备好,站在一边,不要让吹口对着你。
现在大声叫你的朋友来启动吹叶机。当空空气从吹叶器中冲出时,你可以拉松括约肌来调节声音,从劈里啪啦的高声高音到恐怖片级女妖的尖叫,各种屁声都可以。
玩得开心。
*给一些物理学的读者。流体力学中有一个关键原理叫做伯努利定律:当流体速度增加时,压力就会降低。但是,任何能力好的工程师都知道,这仅适用于流线(力场中流体的流线)。问题是,一旦你的屁穿过肛门内括约肌,到达肛门外括约肌,并逃逸到打开状态,就很难确定流线的实际位置。
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