问题

能不能科学地解释一下屁能传播多远?

回答
关于屁能传播多远这个问题,咱们得从科学的角度,一层一层地剖析开来。这可不是一句“看风向”就能简单概括的。

首先,要明白屁,也就是肠道产气,它的主要成分是什么。我们吃的食物经过消化道时,肠道内的细菌会分解一部分碳水化合物,在这个过程中就会产生气体。这些气体主要包括氮气、氢气、二氧化碳、甲烷,当然还有一些带有气味的硫化物,比如硫化氢和硫醇。这些硫化物虽然含量极少,但它们是让屁闻起来“有味道”的关键。

那么,屁是如何传播的呢?

这里面有两个关键的物理过程:

1. 扩散(Diffusion): 这是最基本的传播方式。即使没有风,气体分子也会因为热运动而随机地在空间中移动,从高浓度区域向低浓度区域扩散。你可以想象一下,当你打开一瓶香水,即使没有吹风,香味也会慢慢飘散开来。屁里的气味分子也是一样,它们会缓慢地在空气中扩散。

2. 对流(Convection)/ 气流(Airflow): 这是更重要、更主要的传播方式。屁的排出本身就是一种“喷射”行为,它带着一定的初始速度和动量进入周围空气。而更重要的是,室内或室外的空气流动,也就是我们常说的“风”,会极大地影响屁的传播速度和范围。

让我们来具体看看影响因素:

屁的体积和排出速度: 每次排气的量和速度都不同。有些时候排气量大,速度快,就像一个小小的气团被“发射”出去,它带着更多的动量,更容易混合到空气中,也就能传播得更远。

屁的温度: 屁的温度通常比周围空气高一些。根据物理学原理,温度较高的气体分子运动更活跃,这也有助于它更快地融入周围空气,并产生微小的上升气流,虽然这影响可能不如风大。

环境的空气流动(风): 这是决定性因素。
无风环境(室内): 在一个相对封闭的空间,比如没有开窗的房间里,空气流动会比较缓慢且不规律,主要受室内设备(如空调、风扇)或者人员活动产生的空气扰动影响。在这种情况下,屁的传播范围会受限于室内空间的体积和空气流通的效率。扩散作用会占据主导,传播速度会比较慢,气味也更容易在某个区域聚集。
有风环境(室外): 如果在室外,风的作用就非常显著了。顺风方向,屁可以被吹得非常远。你可以想象一下,如果你站在一座山的背风坡,闻到了某种气味,那么在山顶迎风处的人可能就闻不到。风速越高,屁中的气味分子被带走的速度就越快,传播的距离也就越远。逆风时,传播距离自然会大大缩短。

气味分子的特性: 前面提到,硫化物是产生气味的关键。这些分子的挥发性和在空气中的稳定性也会影响传播。它们会与空气中的其他分子混合,并可能随着时间推移而稀释或分解。

空间大小和形状: 在一个小空间里,屁更容易在短时间内达到一个较高的浓度,也更容易被人体感官察觉。在开阔的空间里,气味更容易被稀释,传播距离会更长,但浓度会更低。

那么,到底能传播多远呢?

这是一个很难给出一个固定数值的问题,因为它极其依赖于上述的各种条件。

近距离: 在极近的距离(比如你正在排气,距离你非常近的人)可能会立即感受到气味,这是最直接的传播。
中等距离: 在一个相对密闭且几乎无风的房间里,气体可能会在几米到十几米范围内扩散并被稀释到难以察觉的程度,这个过程可能需要几分钟到更长时间。
远距离(有风): 在有明显风的情况下,尤其是在开阔的环境中,屁中的气味分子理论上可以被风带到非常非常远的距离。然而,我们感知到“屁味”通常是指气味分子浓度达到人鼻子的识别阈值。 随着距离的增加,气味分子会与空气大量混合,浓度会急剧下降。所以,虽然理论上气体分子可以传播到很远,但能够被人类鼻子察觉的有效传播距离,在有风的情况下,可能也就是几十米到几百米,甚至更远,取决于风力强度、方向以及周围环境的开放程度。但我们通常说的“闻到屁味”,那是在一个相对较近的范围内。

科学的解释就是:

屁的传播是一个物理扩散和气流对流共同作用的过程。其有效传播距离,即气味分子浓度达到人类嗅觉阈值并被察觉的距离,受到屁的排出特征、环境空气流动(风)的强度和方向、空间大小与通风情况以及气味分子本身的物理化学性质的综合影响。在无风的室内,扩散是主要因素,传播缓慢且范围有限;在有风的室外,气流(风)是决定性因素,可将气味分子带至更远,但随着距离增加,气味浓度会迅速降低,直至低于人鼻的感知能力。

所以,与其问“多远”,不如理解为“在什么条件下可以被闻到”。在一个大风天里,你站在上风口,理论上可以“闻到”来自非常远处的某个“屁”的味道,但这时的浓度已经低到几乎可以忽略不计了,更像是一种扩散的“痕迹”。而我们在日常生活中所说的闻到屁味,通常是气流将未充分稀释的屁直接吹到你鼻子里的情况,距离自然就不会太远。

网友意见

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这是一个有味道的问题。看了本文,你将学会从科学的角度看待屁的传播~


根据个人经验,屁只能传播到十几米的距离。然而,作为一个有B格的知乎青年,上面的说法并不严谨,只能说是十几米之外就闻不到屁味了,那么,屁分子能传播多远呢?这就是一个典型扩散现象,为了回答这个问题,我翻阅了热力学与统计力学,从科学的角度研究屁的传播。


屁中的臭味元素有几种,比如氨,硫化氢,粪臭素等,本文就有氨为例子,下文中的屁分子特指氨气分子。氨气分子长这个样子(一个氮分子和三个氢分子)


要想知道屁分子怎么传播,首先要计算一下屁分子的运动速度。在常温常压下,屁分子的速度可以由麦克斯韦分布公式给出,如下图所示:

我们可以看到,在给定的温度下,并不是所有的屁分子都是出于相同的速度,而是出于一种确定的分布。速度很大和速度很小的分子数量都比较少,只有在某一特定的速度下分子数量最多,而且温度越高,这一特定速度越大。为了简便,下面就用平均速度来计算屁分子的传播。屁分子的平均速度的表达式为:

这个式子可以看出,温度越高,屁分子运动速度越快,这是符合我们的认知的。 是玻尔兹曼常数 , 是屁分子质量,此处为 ,取室温 (大约 摄氏度),所以屁分子的平均速度为:

这个速度相当快,根据这个速度,如果有人放屁,附近的其他人应该瞬间就能闻到的,但是实际的屁并没有传播的这么快。那原因是什么呢?

这是因为屁分子在空气中会剧烈地与空气中的各种分子碰撞,碰撞后的方向可以认为是完全随机的,所以屁分子在空气中的传播受到了非常剧烈的阻挠:

虽然屁分子受到了剧烈的阻挠,但还是坚强的往前传播。为了进一步计算,我们引入平均自由程 的概念,一个分子的平均自由程是指这个分子在两次碰撞之间所运动的距离的平均值,可以认为,分子每经过 的距离就会有一次碰撞。分子的平均自由程的计算公式为:

,

其中 是分子直径,此处取 , 为压强,取一个大气压 ,可以算得室温 (大约 摄氏度)下的平均自由程大约为:

再根据上面算出来的分子速度,可以得到,一秒钟屁分子碰撞: 次。碰撞确实是非常激烈了。

虽然我们已经知道了分子的平均自由程,但是分子的每一次碰撞都是随机的,碰撞后的方向也是完全随机的。此时就要考虑3维随机漫步(3-D Random Walk)的情况,

随机漫步的每一步都是随机的,整体看起来是一件完全随机的事情,无法预测,但是通过统计的方法可以得出是可以计算出运动唯一的期望值的,在三维空间中,经过 次碰撞后,屁分子到出发时位置的距离与碰撞次数的根号成正比

严格的计算还是有一个系数,但是此处为了简单起见,就令系数为1。

把上面的这些信息整合到一起,可以得出t秒后屁分子传播距离的期望值:

是跟时间的平方根成正比。因此,我们通过理论上得到了:

屁在理论上是可以传播到无穷远的

考虑传播1秒,距离为:

这个距离好像有点小,不过数量级还是能接受的。当然上面我们用的屁分子的平均速度,而根据上面得到的传播距离公式,速度越快的屁分子传播的越远,所以考虑更快的屁分子会得到更大的结果。

以上仅仅是数量级的简单估计,在细节计算上很粗擦,不过结果还是可以接收到的。当然,实际上,影响屁传播的因素还有很多,比如对流也是一种重要因素。而且,虽然屁能传播到无穷远,但是随着屁的传播,浓度也会减小,这样比较远处的人就无法闻到了。

不过考虑到屁是可以燃烧的,所以

当然了,最好的办法还是


堵上。(逃)


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