Waarom is het zo moeilijk om een toilet te ontwikkelen dat niet spettert?

Een bezoek aan het watercloset blijft een riskante onderneming voor mannen. Precies zo plassen dat de broek gevrijwaard blijft van spetters is tot een kunstvorm verworden. Een verassend grote groep natuurkundigen wijden hun leven aan de zoektocht naar de perfecte plas. Neem bijvoorbeeld het Splash Lab aan de Brigham Young Universiteit. In dit lab hebben wetenschappers een 3D-geprinte mannelijke plasbuis bevestigd aan een kleine slang, en gebruikt om water in een urinoir te spuiten om te kijken hoe je het beste spetters kunt voorkomen.

Maar volgens een nieuw onderzoek van de Oxford Universiteit zoeken we verkeerd. Het gaat niet om de hoek en de nabijheid van de straal, maar veel meer om het materiaal van de pispot die het gespetter bepaalt.

Video van het Brigham Young spetterexperiment.

Als het oppervlak wordt bedekt met een dunne laag siliconen blijft volgens de onderzoekers het spetteren beperkt en blijven de onhygiënische stoffen kleven. Tot deze bevindingen kwamen ze in een nieuwe studie voor de Physical Review of Letters.

"Het viel ons op dat niemand echt onderzoek heeft gedaan naar de reactie van een druppel op een zachte ondergrond," vertelt hoogleraar bouwkunde Alfonso Castrejón-Pita van Oxford. "Silicone – het materiaal dat vaak als dichtmiddel wordt gebruikt in badkamers – is erg nuttig omdat het in verschillende stijfheden kan worden geproduceerd: van gelei, tot iets dat meer lijkt op rubber."

Volgens de studie waren er al studies verschenen over het gedrag van spetters in vacuüm en spetters op een dun, elastisch membraan (in beide gevallen spetterde het minder, zo bleek). Maar een vacuüm toilet is geen oplossing om het probleem van de toiletspetter op te lossen. Dus misschien is er ook wel een oplossing te bedenken met een simpele stof of bekleding die hetzelfde effect sorteert.

Om deze hypothese te testen gebruikten de onderzoekers een hogesnelheidscamera die 100.000 frames per seconde opneemt (dat is ongeveer 4000 keer sneller dan een smartphone camera). Hiermee konden ze zien wat er gebeurt als een vloeistof op een silicone bodem valt. Toen de onderzoekers deze beelden combineerden met computersimulaties, vonden ze dat er kleine vervormingen in het silicone substraat voorkomen in de eerste 30 microseconden na contact. Dat is net genoeg om het spetteren tegen te houden.

"Het verrassende is dat je ongeveer 70 procent meer energie nodig hebt om een druppel te laten spetteren op zacht materiaal, vergeleken met hard materiaal," zegt Castrejón-Pita. "Als een druppel vanaf een bepaalde hoogte valt, dan hebben we de dubbele hoogte nodig om het te laten spetteren op een zachte ondergrond."

De onderzoekers denken dat hun werk ook zal worden gebruikt buiten de badkamer. Overal waar het opslaan van vloeistof van groot belang is, zoals in een keuken of ziekenhuis, kan worden geprofiteerd van het onderdrukken van spetters van gevaarlijke of onhygiënische vloeistoffen. Dit is nu zo'n een groot probleem, dat bijvoorbeeld de Britse overheid een campagne heeft gelanceerd om mensen geen rauwe kip meer te laten wassen, vanwege de spetters.

"Hoe zachter je het materiaal maakt, hoe kleveriger en zwakker het wordt – twee dingen die niet handig zijn als bekleding voor de lange termijn," vertelt Castrejón-Pita. "Het is een grote uitdaging om dit probleem op te lossen. Gelukkig is de ontwikkeling van een nieuw materiaal dat zacht, sterk en niet-plakkerig is – zoals taaie hydrogel – net begonnen, dus er zijn zeker veel mogelijkheden die worden onderzocht."