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《一本不正经的科学:用科学满足你“变态”的好奇心》44.撒尿的原理是什么?

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您肯定能回想起来某种会漏水的浴缸和水龙头(嘻嘻,都已经漏出好几个小学生啦),而这种漏,不是说“我们把水管工叫来吧”就能解决的。您以为您已经脱离危险了吗?还没有。不正经科学会扯住您衬衫的袖子把您留下来,因为这里还有一个难题呢,亚特兰大州乔治亚理工学院的一个研究团队正在全力攻破,而这道题和我们在座的每个人都有关系,您、我、您岳母大人的猫、猫逮着的耗子、邻居的狗、表弟的狮子等等都脱不开干系。所有哺乳动物都要解决这个管道问题,因为我们每一个都拥有一个内置的浴缸和水龙头,分别叫作膀胱和尿道。

2013年11月,这些专家在美国物理学会“水暖设备”(流体动力学)分支的年会上向大家展示了他们的研究成果。开始这项工作,是因为直到现在,都很少有科学家关注过撒尿这个动作所包含的物理原理,好好想一想我们在排泄时所应用的自然机制到底是什么。对于地球上的哺乳动物而言,到底是什么力量在主导尿液的排出呢?撒尿,必须要快,没有无谓的能量消耗(并且还能随时随地,想尿就尿)。地心引力肯定起了作用,同时还有逼尿肌的收缩,逼尿肌这个名字有点儿二,人家可是构成膀胱壁的主力,那么这两股力量在撒尿中分别出了多少力呢?还有一个问题:我们身体里那只迷你的有点儿可笑的膀胱,和大型厚皮动物(大象、犀牛等)那大得像个水桶的膀胱,它们的运作机制是一样的吗?

为了回答这个问题,研究者必须理论结合实践。理论部分就是建构在物理条件限制下的模型及相关公式。实践部分就是在动物园做实验,实验配备了一台快拍照相机,研究者们从第一滴尿到第二滴尿之间的任何一滴都不会错过。他们也手动收集了一些尿液(细节是什么,我们不得而知),并且还通过Youtube丰富了视频资料库(用什么关键词搜索的,我们也不知道)。实验做完了之后,一个“诺亚方舟”也做好了,参与实验的动物有:蝙蝠、老鼠、猫、狗、山羊、猎豹、熊猫、貘、驴、狮子、奶牛、马、斑马、野牛、犀牛和大象。怎么没有人类?手上拿着量杯和计时器,这四个专家竟然都没有玩游戏……真是可悲可叹!

实验结果是:哺乳动物因为小便的特点被分为两大阵营:特小和其他。第一阵营里的小动物们的尿道非常狭窄,撒尿时,毛细作用要大于地心引力的作用。因此,首先是膀胱的压力让尿液一滴一滴地排出。而对于其他动物而言,一旦括约肌舒张,一根尿柱就会被排除,主要依靠的是地心引力。因为每种动物的膀胱和它们的体积是成比例的,所以无论是大象120升海量尿液还是小猫少得可怜的尿液,它们被排出体外所需的时间竟然是一样的。当动物体积到达某个值之后,它们尿尿的速度就会趋于相等,平均用时为21秒。

我们每个人都是一座被忽视的水塔,那么问题来了,我相信其他撒尿科学死忠粉也一定会对这个问题着迷:我们能倒立着尿尿吗?