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Vol.109 马桶如何吸走你的大便

当屎抵达消化的最后一关，刺激直肠壁产生便意。站立时，耻骨直肠肌将直肠拉紧，加上肛门外括约肌收缩，将屎牢牢憋住；直到稳坐马桶，肌肉放松，肛肠角增大，为屎开出放行条。

马桶拯救了当代人无数个十万火急的时刻，它是如何将你的屎连同烦恼畅快地带走的？

当你按下按钮，带动杠杆或液压装置拉起水箱底部的水塞，水迅速冲进马桶后，水塞重新合上，同时浮块下沉，打开进水阀开始注水；浮块上升到一定高度后关闭阀门，避免水箱溢满。

按照冲水方式，今天的马桶主要分为直冲式和虹吸式。

直冲式简单粗暴，完全依靠水的重力加速度将屎冲进较宽的排污管（9\~10cm），产生的巨响让楼下住户都能清楚掌握你的如厕时间；

虹吸式的排污管类似 S 形，直径更窄（5\~6cm）得以引发虹吸效应。当水迅速排出管道里的空气，在挡水堰处形成负压；正常大气压下，便池里压力较高的水挤向低压区，实现水往高处流，统统把大便吸走。

冲洗完毕，便池口还留着一些水，叫做水封，隔绝管道废气。与虹吸式相比，直冲式要低些，大便降落容易挂在内壁，因此桶身后部要比前部陡，确保目标顺利掉落水中央。

健康的大便一般会慢慢沉入水封中，与便池水混合成为黑水，像这种浮在水面的大便需要花更多的能量才能冲走。通过简单的运算就能得出这个结论。

根据浮力原理，浸没部分的体积与排开的水的体积相等，大便受到一定浮力，本身的重量向下，因此其垂直方向上的合力为二者之差。当密度比小于 1，合力向下，大便会下沉。

大便在水中的垂直移动距离是从 z1 到 z2，流水克服大便惯性所需要的能量 Ei 为合力乘距离，与水下落的动能 Ek 相等（忽略空气阻力）。通过这条等式，我们知道将大便冲掉的用水量取决于大便的密度和冲洗水的势能。假设水箱进水阀离水封 10cm，冲掉浮大便的水量是冲掉沉大便的 3\~4 倍。

但你很难确定第二天拉出的屎是沉还是浮。为了达成用最少的水实现大冲力、让屎永不回头的目标，还得靠改进马桶设计。

一种方法是从排污管下手。早期的挡水堰基本呈直角，水与上沿碰撞形成湍流；另外，在这个低压区域容易产生气穴，也被称为空穴现象，流体中的气泡快速出现并破裂，这些都会阻碍虹吸的进行。在科勒的这份专利中，挡水堰改成圆形管道，直道倾斜 4\~6°，并在末端增加向下倾斜的挡板，引导水快速冲进排污口。改进后冲洗时间只需原来的一半。

另一种更常见的方法是改进水路。喷射虹吸式马桶在底部增加了喷射口，80% 的水从这里冲进排污管，加快虹吸启动，余下 20% 从边缘分布的小孔流出，冲刷内壁。但如果水质差，这种马桶的边缘孔容易结垢，影响冲力。

漩涡虹吸式马桶则是在边缘喷出两股强劲的水流，产生漩涡，轻易冲下一百颗直径 1.9cm 的小球和粗墨线。

不过，这些测试物还不够可靠。真正验出马桶的性能，必须找一个与大便相似的材料——味噌，1 条 50g，方便控制软硬和黏度。喷射虹吸式马桶普遍能冲 1012 条（4.86L），冲力更强的漩涡式只用 4.8L 水就能吞下 20 条。

压力和真空辅助型马桶用水更少，前者靠压缩空气推动水箱排水；后者通过连接空气管，冲水时空气向上并在排污管制造真空吸力。但压力辅助型有一定风险，若元件焊缝处爆炸，极有可能炸烂水箱，甚至让你屁股开花。

如今动车和飞机用的是真空马桶，内壁喷涂特氟龙，按下冲洗键打开管线阀门，真空将大便迅速吸到中后部的储存缸，落地后运走。坐在马桶上最好不要轻易按下冲洗键，尽管垫圈与便池间有空隙，但难免会发生意外。

这还不够。新生代马桶拒绝一滴水，并且随走随带。放入纸垫，跟铺咖啡滤纸差不多，让大便掉进燃烧室，一次只花一块九毛八，就能将你的烦恼烤得干干净净。

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