남성 소변기 주변에 남는 흔적, 물리학으로 막는다

[사이언스카페] 캐나다 과학자 물리학회에서 소변기 발표
앵무조개 모방해 내부에 나선형 구조
소변 충돌 각도 30도 유지시켜
일반 소변기보다 튀기는 양 50분의 1

다양한 모양의 소변기. 왼쪽 두 개는 흔히 볼 수 있는 모양이다. 실험 결과 오른쪽에서 두 번째가 키에 상관없이 소변방울이 밖으로 튀기지 않도록 하는 것으로 나타났다./캐나다 워털루대

화장실에 가면 ‘남자가 흘리지 말아야 할 것은 눈물만이 아니다’고 적힌 문구를 쉽게 볼 수 있다. 남성 소변기 바닥에 늘 흥건하게 자국이 남아있기 때문이다. 물리학자들이 자연의 지혜를 빌어 화장실 바닥은 물론 바지에도 한 방울 흔적도 남지 않을 방법을 고안했다.

캐나다 워털루대 기계공학과의 자오 판 교수 연구진은 지난 22일(현지 시각) “개와 앵무조개를 모방해 소변방울이 튀기지 않는 남성용 소변기를 새로 설계했다”고 밝혔다. 연구진은 이날 미국물리학회 유체역학 분과 연례 학술대회에서 연구 결과를 발표했다.

◇개가 오줌 누는 모습 관찰

판 교수는 일상생활의 경험에서 이번 연구가 시작됐다고 밝혔다. 남성이라면 누구나 아무 생각 없이 소변을 보다가 바지에 흔적이 남아 당황한 적이 있을 것이다. 소변기 바닥은 늘 흥건해 발을 어디 둘지 고민한다. 소변이 변기에 부딪혀 밖으로 튀기 때문이다.

연구진은 먼저 강아지 수컷이 오줌을 누는 모습을 관찰했다. 강아지는 늘 다리를 들어 소변 줄기가 나무나 전봇대와 30도 각도를 이루게 했다. 그러면 강아지 다리에 소변 방울이 튀기지 않았다.

다음에는 다양한 모양의 소변기 시제품에 물줄기를 뿜으며 ‘마법의 각도’인 30도가 유지될 수 있는지 실험했다. 소변기는 위 사진에서 왼쪽 두 개처럼 흔히 볼 수 있는 형태와 함께 오른쪽 세 개처럼 새로운 형태도 있었다. 실험 후 소변기 바닥을 종이행주로 닦아 무게를 쟀다. 종이 무게가 더 나갈수록 물방울이 더 많이 튀겼다고 볼 수 있다.

실험 결과 좁고 기다란 소변기(사진 오른쪽에서 두 번째)가 남성의 키에 상관없이 최적인 것으로 나타났다. 소변기 내부는 앵무조개처럼 나선형으로 굴곡을 이뤄 항상 30도 각도로 소변 줄기가 부딪혔다. 종이행주 무게 측정 결과 일반 소변기는 이 형태보다 소변이 50배나 더 튀기는 것으로 나타났다.

가장 좋은 디자인은 맨 오른쪽에 있는 둥글고 입구가 삼각형인 변기였다. 역시 내부가 앵무조개 모양으로 굴곡이 있다. 바로 옆 기다란 변기보다 튀김 방지 효과가 두 배나 됐다. 하지만 이 디자인은 모든 키에 맞출 수 없다는 한계가 있어 최종 대안이 되지 못했다고 연구진은 밝혔다.

앵무조개. 소변기 내부에 앵무조개처럼 나선형 굴곡을 만들면 소변줄기가 늘 30도 각도로 변기와 부딪혀 밖으로 튀기지 않았다./위키미디어

◇코로나 방지에도 도움 기대

소변 방울이 튀기지 않는 것은 코로나바이러스 감염을 막는 데도 중요하다. 소변을 통해 바이러스가 퍼질 수 있기 때문이다.

중국 양저우대의 류상둥(劉向東) 교수 연구진은 지난 2020년 미국 물리학회가 발간하는 국제 학술지 ‘유체물리학’에 “소변기를 사용하고 물을 내리면 코로나 바이러스가 들어 있는 에어로졸(공기 중 미립자) 구름이 생성될 수 있다”고 밝혔다.

컴퓨터 실험 결과 소변기의 물을 내리면 기체와 액체의 상호작용에 의해 다량의 에어로졸이 발생했다. 이 중 57%가 소변기 밖으로 나가는 것으로 나타났다.

특히 소변기에서 발생한 에어로졸은 5.5초 만에 앞에 서 있는 남성의 허벅지 높이인 0.83m까지 도달했다고 연구진은 밝혔다.

앵무조개를 모방한 새 변기가 에어로졸 발생을 줄이는지 아직 확인되지 않았지만 소변방울이 밖으로 튀기지 않으면 그만큼 바이러스 유출도 막을 수 있다고 볼 수 있다.

참고자료

American Physical Society Division of Fluid Dynamics Meeting, https://meetings.aps.org/Meeting/DFD22/Session/U12.8

Physics of Fluids, DOI: https://doi.org/10.1063/5.0021450

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -