С какой скоростью летит пук?
Может ли пук преодолеть звуковой барьер? Как далеко распространяется запах за минуту? И с какой скоростью газ на самом деле вытекает из тела? Физика пука на удивление сложна — а ответы одновременно трезво научны и восхитительно абсурдны.
Скорость истечения: никакой ракетной тяги
Измеренных данных о фактической скорости истечения газа при пукании в научной литературе мало — тема не совсем в фокусе астрофизики. Немногие доступные измерения и физические оценки дают отрезвляющие результаты: скорость истечения обычно лежит в диапазоне 3–10 км/ч — примерно скорость быстрой ходьбы. Это соответствует примерно 1–3 метрам в секунду. Скорость звука (343 м/с при комнатной температуре 20 °C) поэтому в 100–300 раз выше. Пук физически не может преодолеть звуковой барьер — по крайней мере, не человеческим пищеварительным аппаратом.
Откуда берётся давление?
Газ в толстой кишке находится под давлением немного выше атмосферного — обычно на несколько миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.) выше нормы. Для сравнения: у надутого воздушного шарика внутреннее давление около 10–20 мм рт. ст. выше окружающего. Пук поэтому не событие высокого давления. Давление создаётся бактериальным газообразованием и перистальтикой, транспортирующей газ к прямой кишке. Скорость истечения во многом определяется тем, насколько открыт внешний анальный сфинктер: плотный сфинктер создаёт более высокую локальную скорость потока и потому более громкие звуки, а расслабленный выпускает газ медленнее и тише.
Распространение запаха: диффузия против конвекции
Как быстро распространяется запах? Совместно работают два физических процесса: конвекция (движение воздуха, уносящее запах) и диффузия (самостоятельное распространение молекул газа). В неподвижной комнате без движения воздуха сероводород (H₂S) — главный компонент запаха — распространяется диффузией: константа диффузии H₂S в воздухе около 1,6 × 10⁻⁵ м²/с. Это значит, что молекулы самостоятельно проходят лишь несколько сантиметров за минуту. То, что на самом деле разносит запах на несколько метров, — движение воздуха через конвекцию, создаваемое теплом тела, кондиционером или просто вставанием со стула.
Громкость и частота: физика звука
Звук пука производится хлопаньем и вибрацией анальных складок при выходе газа — подобно духовому инструменту. Частота звука зависит от геометрии сфинктера, скорости потока газа и натяжения тканей. Измеренные частоты обычно лежат между 30 и 1000 Гц — в пределах слышимого диапазона. Громкость сильно варьирует: тихие выдохи могут быть ниже 30 дБ (едва заметны), а особенно громкие события измеряли до 80 дБ — сравнимо с оживлённой улицей. Пук поэтому может быть очень отчётливо слышен в тихой комнате, но стены он не сносит.
А вы знали?
- Скорость истечения пука — 3–10 км/ч, как у бегуна трусцой.
- Чтобы преодолеть звуковой барьер, пуку нужно достичь 343 м/с — физически невозможно для человеческого тела.
- Запах распространяется в основном за счёт движения воздуха (конвекции), а не за счёт самостоятельной диффузии молекул газа.
- Пуки могут быть громкостью до 80 дБ — как оживлённая улица.
Интересный факт
NASA действительно проводило исследования распространения газа в космических капсулах — не из-за звука, а из-за горючести водорода в богатой кислородом атмосфере ранних моделей капсул. Астронавтам предписывали избегать определённых газообразующих продуктов перед миссиями. Одна из менее славных исследовательских линий в истории освоения космоса.
Источники
- Moshfegh, A. et al. (2005). Usual nutrient intakes from food and water. USDA Agricultural Research Service.
- Levitt, M.D. & Bond, J.H. (1970). Volume, composition, and source of intestinal gas. Gastroenterology, 59(6), 921–929.
- Suarez, F.L. et al. (1997). Insights into human colonic physiology obtained from the study of flatus composition. American Journal of Physiology, 272(5), G1028–G1033.
- Matan, N. et al. (1999). Physical properties of hydrogen sulfide in air. Journal of Chemical Engineering Data.