緑色のレーザーでトイレの蓋を閉めてから流す必要があることがわかります

強力な緑色のレーザーは、トイレを流しているときにトイレから出るエアロゾルのプルームを視覚化するのに役立ちます。

コロラド大学ボルダー大学の技術者らは、私たちの中の潔癖症の人たちが長い間疑問に思っていたことを裏付けた。業務用トイレを流すと、小さな飛沫とエアロゾル粒子からなるベスビオ火山のような雲が放出され、便座から5フィート以上の高さまで到達する。

肉眼では見えませんが、緑色のレーザーで照らされると、このプルームは、世界で最もひどいパーティーで投げられた微細な紙吹雪の破裂のように見えます。紙吹雪は、小さな水滴とボウルの中の他のあらゆるもので構成されています。

今月科学誌サイエンティフィック・リポーツに掲載されたこの研究は、厳密には流体力学の探究だった。研究チームはきれいな水だけが入ったトイレを流し、噴煙に含まれる可能性のある粒子の感染性については調査しなかった。

しかし、彼らのツールは、各フラッシュが私たちのほとんどが信じているよりもはるかに遠くまでボウルを超えて到達することを確認しました。

「私たち全員が驚きました」とこの研究の筆頭著者であるジョン・クリマルディ氏は語った。「私は言いました、『なんとまあ、そんなことが起こるのですか？』

クリマルディは水文学の教授で、流体力学、特に空気と水がそれに伴って流れる他の物質をどのように輸送するかを専門としています。彼は、海流がサンゴを受精させるために精子と卵子をどのように分配するのか、また匂いの粒子がどのように空気中を移動して動物に情報を伝えるのかを研究してきました。

彼は、ボルダーの同僚であり共著者であり、紫外線の消毒特性を研究している環境技術者であるカール・リンデンの勧めで、トイレに注意を向けた。

UV ベースの表面消毒剤の理想的なテストケースをブレインストーミングしている間、リンデンの心はまずいくつかの汚れた場所に向かう必要がありました。

「私たちはどこでウイルスにさらされ、どこで病原体にさらされるのでしょうか?」リンデンは言いました。「そこで私が思ったのは、『トイレで何が起こっているんだろう？』ということだった」

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リンデンは特に業務用トイレ、つまり公衆トイレの個室にあるタンクも蓋もない主力トイレを思い浮かべていました。北米のほとんどの公衆トイレには、流量計型バルブとして知られるものが装備されており、重力ではなく圧力に依存して便器内に水を押し出します。

その結果、強力なフラッシュが発生し、その後に細かい水蒸気の雲が残ります。これは、ディズニーランドのスプラッシュマウンテンを最後の急降下する際に、各丸太の上に立ち上る霧の、小さくて陽気さの少ないバージョンです。

これまでの研究で、公衆トイレの周囲の表面が糞便細菌の温床となることが多いことが確認されています。リンデン氏は、紫外線は効果的な消毒剤になる可能性があると考えましたが、その前に、微細な病原体が空間内をどのように移動するかをより深く理解する必要がありました。

彼はクリマルディの研究室にレーザーを使用して、人間の目では感知できない流体の動きを視覚化しました。クリマルディの流体力学研究室では、資金提供や出版の圧力を一切受けずに、一口サイズの科学的課題に 1 週間かけて取り組むという毎年夏の恒例行事となっている。トイレの質問はぴったりでした。

「私たちは『もしかしたら何も起こらないかもしれない、あるいは本当に素晴らしいものが手に入るかもしれない』と言いました」とクリマルディは語った。

チームは、機器を最寄りのトイレまでカートで運ぶのではなく、研究室のレーザーと位置合わせできる金属フレームの上に実用的なトイレを設置しました。次に、配管の水圧を一般的な商業トイレの水圧と一致するように校正しました。

彼らは、レーザーがエアロゾルの一部を可視化することを知っていました。彼らは、ファーストフラッシュで彼らを迎えた小さな爆発に対して準備ができていませんでした。

「火山が噴火しているようなものだ」とクリマルディ氏は語った。「私たちの何人かは唖然として沈黙しました。私たちの何人かはただ信じられずに笑っていただけで、またある種のことを言うと、『なんてことだ、私たちはここで本当に何かを成し遂げているのだ』という感じでした。」

次にチームは、パルスレーザーと一対の科学カメラをスプレー上で訓練し、個々の水粒子の速度を測定しました。トイレの水洗には、飛沫が時速 160 マイルで飛び散るくしゃみや、飛沫が時速 80 マイルで飛び散る咳ほどの速度はありません。

「驚くほどエネルギー的で混沌とした」プルーム内のエアロゾルは、最大速度が毎秒2メートル、つまり時速7.5マイル弱に達したと研究著者らは報告した。しかし、一度空中に飛び出すと、再び落ち着くまでに時間がかかりました。フラッシュから約 8 秒後、粒子は依然としてボウルの縁から 5 フィート以上上に浮遊していました。これはほとんどの人にとって鼻の高さをはるかに超えています。多くは1分以上空中に留まった。

「これらのビデオを見てからは、以前よりも公衆トイレでマスクを着用するようになりました」とクリマルディさんは語った。

カリフォルニア

「費用はバカ高いよ。このプロセスは非常識だ」と、サンフランシスコの単一トイレプロジェクトに対する州の資金を確保した議員は言う。

実験はきれいな水以外はすべて空のトイレで行われたが、そこにトイレットペーパーとし尿を加えても、水洗トイレにさらに混乱とエネルギーが注入されるだけではないかとクリマルディ氏は強く疑っている。

「固形物の存在が問題を悪化させるのではないかと直観的に感じています。水が衝突するものがさらに増え、流体が激しく混合する機会が増えるだけだからです」と彼は言う。

リンデン氏は、この実験を、細菌や他の病原体がエアロゾル雲の中を移動する距離と、感染力がどのくらい持続するかを追跡する将来の研究の出発点として利用したいと考えている。それらの発見に応じて、「どのような介入を使用できるかについて考え始めることができます。」彼は言った。「検討すべきトイレの再設計にはどのようなものがありますか?」

水洗トイレの代替案の支持者らは、この研究により、し尿処理のより良い方法を模索する議論が強化されると述べた。

「この新しい研究は、伝統的な洋式トイレのさらなる欠点と、水を流して忘れたいという私たちの強い欲求について、いくつかの劇的な視覚的証拠を追加します」と微生物学者であり、著書『Flush: The Remarkable Science of an Likely Treasure』の著者であるブリン・ネルソンは述べた。「多くのコンポストトイレは真空洗浄を使用し、水をほとんどまたはまったく使用しません。そのため、これはこれらの環境に優しいモデルの利点を考慮するもう1つの理由になる可能性があります。」