ช้างใช้เวลานานแค่ไหนในการเซ่อ? ในเวลาเดียวกันกับคุณ

บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกที่บทสนทนาสิ่งพิมพ์มีส่วนร่วมในบทความเกี่ยวกับ Live Science'sVoices Expert: Op-Ed & Insights-

ชาวจีนโบราณฝึกฝนการเกิดความผิดปกติการวินิจฉัยสุขภาพตามรูปร่างขนาดและพื้นผิวของอุจจาระ ชาวอียิปต์ชาวกรีกและเกือบทุกวัฒนธรรมโบราณ- แม้กระทั่งทุกวันนี้แพทย์ของคุณอาจถามเมื่อคุณมีการเคลื่อนไหวของลำไส้ครั้งสุดท้ายและอธิบายอย่างละเอียด

แน่นอนว่ามันอึดอัดที่จะพูดถึง แต่นั่นคือสิ่งที่วิทยาศาสตร์เข้ามาเพราะสิ่งที่เราไม่ชอบที่จะพูดคุยอาจยังคงก่อให้เกิดอันตรายอาการลำไส้แปรปรวน-โรคลำไส้อักเสบ-การติดเชื้อในทางเดินอาหารและโรคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับคนเซ่อมีค่าใช้จ่ายชาวอเมริกันพันล้านดอลลาร์ต่อปี-

แต่การพยายามขัดขวางปัญหาเหล่านี้ไม่ใช่แรงจูงใจหลักของเราในการพยายามคิดออกฟิสิกส์บางส่วนของการถ่ายอุจจาระ- มันเป็นอย่างอื่นที่น่ากลัวมากขึ้น

จากการสังเกตส่วนตัวเข้าสู่ห้องแล็บ

เมื่อเกิดความเป็นพ่อแม่มันก็กระทบอย่างหนักเราคนหนึ่งเป็นพ่อที่ทำงานที่รอดชีวิตจากการเรียนรู้ชุดทักษะใหม่ซึ่งหนึ่งในนั้นคือการวิเคราะห์อุจจาระ การเปลี่ยนแปลงผ้าอ้อมหลายปีและจากนั้นการฝึกอบรมไม่เต็มเต็งทำให้ฉันได้รับจากการวิเคราะห์ปูนในการวิเคราะห์เป็นนักเลง ชีวิตของฉันผ่านไปในชุดของภาพ: เม็ดอุจจาระแข็งเช่นถั่วลันเตาไปยังอุจจาระยาวเหมือนงูเรียบไปที่บ่อน้ำสีน้ำตาล

เราไม่เชื่อว่าเราสามารถทำนายอนาคตจากอุจจาระเด็ก แต่เราคิดว่ามันคุ้มค่าที่จะพยายามทำความเข้าใจว่ารูปร่างเหล่านี้มาจากไหนมีห้องปฏิบัติการการตอบคำถามเกี่ยวกับโลกประจำวันเป็นหนึ่งในความสุขที่แตกต่างของการเป็นนักวิทยาศาสตร์

เช่นนักไดนามิกของเหลวเราเข้าร่วมกองกำลังกับศัลยแพทย์ลำไส้ใหญ่Daniel Chuและนักศึกษาระดับปริญญาตรีสองคนคือ Candice Kaminski และ Morgan Lamarca ผู้ถ่ายทำถ่ายอุจจาระสวนสัตว์แอตแลนต้าเพื่อวัดความหนาแน่นและความหนืด

เราได้เรียนรู้ว่าช้างส่วนใหญ่และสัตว์กินพืชอื่น ๆ สร้าง "floaters" ในขณะที่เสือส่วนใหญ่และสัตว์กินเนื้ออื่น ๆ สร้าง "sinkers" โดยไม่ตั้งใจเรายังจัดอันดับอุจจาระจากมากที่สุดไปจนถึงมีกลิ่นเหม็นน้อยที่สุดเริ่มต้นด้วยเสือและแรดและไปจนถึงแพนด้า สัตว์ที่หลากหลายของสวนสัตว์ทำให้เรามีขนาดและรูปร่างที่หลากหลายซึ่งทำหน้าที่เป็นหลักฐานอิสระเพื่อตรวจสอบแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเราในระยะเวลาของการถ่ายอุจจาระ

นอกจากนี้เรายังวางอุจจาระไว้ในอุปกรณ์ที่เรียกว่า "Rheometer" เครื่องปั่นที่มีความแม่นยำซึ่งสามารถวัดคุณสมบัติของวัสดุที่มีลักษณะคล้ายของเหลวและของแข็งเช่นช็อคโกแลตและแชมพู ห้องปฏิบัติการของเราแบ่งปันสอง rheometers กับนักฟิสิกส์ Georgia TechAlberto Fernandez-Nieves- เราได้จัดหมวดหมู่ rheometers เป็น "clean rheometer" และ "David Hu Rheometer" - ซึ่งได้เห็นส่วนแบ่งที่ยุติธรรมของมันน้ำลายกบเมือกและอุจจาระ

ความลับสู่ความเร็ว

เราเรียนรู้อะไรอีกบ้าง? สัตว์ที่ใหญ่กว่ามีอุจจาระนานขึ้น และสัตว์ที่ใหญ่กว่าก็ถ่ายอุจจาระด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่นช้างถ่ายอุจจาระด้วยความเร็วหกเซนติเมตรต่อวินาทีซึ่งเร็วเหมือนสุนัขเกือบหกเท่า ความเร็วของการถ่ายอุจจาระสำหรับมนุษย์อยู่ระหว่าง: สองเซนติเมตรต่อวินาที

ร่วมกันนั่นหมายความว่าระยะเวลาการถ่ายอุจจาระคงที่ในสัตว์หลายชนิด - ประมาณ 12 วินาที (บวกหรือลบ 7 วินาที) - แม้ว่าปริมาณจะแตกต่างกันอย่างมาก สมมติว่าการกระจายเส้นโค้งระฆัง 66 เปอร์เซ็นต์ของสัตว์ใช้เวลาระหว่าง 5 ถึง 19 วินาทีในการถ่ายอุจจาระ มันเป็นช่วงเล็ก ๆ ที่น่าประหลาดใจเนื่องจากอุจจาระช้างมีปริมาณ 20 ลิตรมากกว่าสุนัขเกือบหนึ่งพันเท่าที่ 10 มิลลิลิตร สัตว์ขนาดใหญ่จะถ่ายอุจจาระด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ได้อย่างไร?

คำตอบที่เราพบนั้นอยู่ในคุณสมบัติของชั้นบาง ๆเมือกเรียงรายผนังของลำไส้ใหญ่- ชั้นเมือกนั้นบางเหมือนเส้นผมของมนุษย์บาง ๆ จนเราสามารถวัดได้โดยการชั่งน้ำหนักอุจจาระเมื่อเมือกระเหยไป แม้จะผอม แต่เมือกก็ลื่นมาก แต่มีความหนืดน้อยกว่าอุจจาระมากกว่า 100 เท่า

ในระหว่างการถ่ายอุจจาระอุจจาระจะเคลื่อนที่เหมือนปลั๊กแข็ง ดังนั้นในสภาพที่เหมาะสมความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางรวมของอุจจาระจะถูกกำหนดโดยรูปร่างของทวารหนักและลำไส้ใหญ่ หนึ่งในการค้นพบครั้งใหญ่ของการศึกษาของเราคืออุจจาระขยายความยาวของลำไส้ใหญ่จากไส้ตรงไปครึ่งทาง

ทฤษฎีที่เป็นเอกภาพของการเซ่อ

การวางความยาวของอุจจาระพร้อมกับคุณสมบัติของเมือกตอนนี้เรามีเรื่องราวฟิสิกส์ที่เหนียวแน่นสำหรับการถ่ายอุจจาระเกิดขึ้น สัตว์ที่ใหญ่กว่ามีอุจจาระนานขึ้น แต่ยังมีเมือกที่หนาขึ้นทำให้พวกเขาสามารถใช้ความเร็วสูงด้วยแรงดันเท่ากัน หากไม่มีเลเยอร์เมือกนี้การถ่ายอุจจาระอาจเป็นไปไม่ได้ การเปลี่ยนแปลงในเมือกสามารถนำไปสู่โรคหลายโรครวมถึงอาการท้องผูกเรื้อรังและแม้แต่การติดเชื้อโดยแบคทีเรียเช่นC. ยากในระบบทางเดินอาหาร

นอกเหนือจากการติดตามความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ของเราแล้วการวัดอุจจาระของเรายังมีการใช้งานจริง ข้อมูลการถ่ายอุจจาระของเราช่วยให้เราออกแบบผ้าอ้อมสำหรับผู้ใหญ่สำหรับนักบินอวกาศ นักบินอวกาศต้องการอยู่ในชุดอวกาศเป็นเวลาเจ็ดวัน แต่ถูก จำกัด ด้วยผ้าอ้อมของพวกเขา การใช้ประโยชน์จากความหนืดของอุจจาระเราออกแบบผ้าอ้อมที่แยกอุจจาระออกจากการสัมผัสโดยตรงกับผิวหนัง มันเป็นรอบรองชนะเลิศในNASA Space Poop Challengeเมื่อต้นปีนี้

มันแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ได้ทุกที่แม้ในชามห้องน้ำของคุณ

เดวิดหูรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและชีววิทยารองศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจียและแพทริเซียว่า, ปริญญาเอก นักศึกษาด้านวิศวกรรมเครื่องกลสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย

บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อบทสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-