【排气动力学】如何将屁调至静音模式？

中科院物理所今天

（阅前提醒：请不要在进食时阅读此文）

子曰：“响屁不臭，臭屁不响。”（孔子：我没说过这话······）

研究表明，一个正常人每天会放屁10至15次，约排出500毫升左右的气体。其中，有声的屁大概是1-2个，无声的屁则一般要占到10个以上。

看看这不忍直视触目惊心的数据！作为一项如此常见的每日必修课，想想那些在电梯里悄无声息升腾起来的味道，想想会议上、办公室、教室、图书馆里冷不丁一道撕破布的声音划破空气，再想想游泳池里首尾冒泡、两头皆可“换气”的勇者泳者。

这是什么知乎神提问？？？（来自知乎）

如果不是拥有知乎上提问的这位老哥这么强大的心理素质或者这样清奇的寝室竞争项目，想必在经历上述情况的时候，无论你是正处于社死现场的屁的制造者，还是经历着嗅觉听觉双重折磨的“屁刑”接受者，内心的质问一定都会像这缕轻飘飘的气体一样升腾起来：这

究竟是道德的沦丧，还是人性的泯灭？！

今天，我们就解析解析响屁和臭屁之间的关系，来一场听觉和嗅觉的学术精神上的盛宴！

屁的解析

虽然这个小标题听起来怪怪的······但，解析屁，我们是专业的。

屁是什么？它是由59%氮气、21%氢气、9%二氧化碳、7%甲烷、3%氧气和1%其它微量成分组成的混合气体。由此分析，屁的臭味全部“归功于”那1%的其它微量成分。

这1%里，含有氨气、硫化氢、粪臭素、挥发性胺、挥发性脂肪酸等等。对化学稍有了解的读者一看到这些物质，往往都会露出会心一笑，因为它们大多可是实实在在的“臭”名昭著。

粪臭素的结构式

粪臭素，即3-甲基吲哚。它“讨人喜欢”：低浓度时，具有茉莉花香。它是某些花的香味的灵魂，可用来制作食品香料、香水等。此时，它往往改名为“茉莉精华”······（论一个好名字的重要性）

它同时也“令人生厌”：高浓度时，具有粪臭味，比如“味如其名”，是“粪臭”的来源之一，也是螺蛳粉，臭豆腐等臭味来源之一，它还一定程度造就了牛、羊的膻味，等等

屁的来源

屁中的气体主要来源于我们在吃饭、说话时吞入的气体；另一方面，也来源于肠道微生物在生命活动过程中的代谢产物，就如同动物在呼吸过程中呼出二氧化碳、植物在光合作用中释放氧气；同时，食物中的化学物质在肠道内的化学反应也有可能产生气体，比如胃酸中的盐酸与食物中的碳酸氢钠反应产生二氧化碳。

当这些气体混合着，随着肠道的蠕动逐渐向下运输。它刺激着肠壁的感受器，兴奋随着神经传导，你感到一阵悸动。这时，你对周围情况一番侦察，幸运的是，一切合适。开动！肛门处的括约肌舒张，历经一番曲折后急不可耐的气体终于溜之大吉！

但——若是不幸，你正在开会/地铁上/甚至演讲（别以为不可能！2008年美国大选，希拉里在电视辩论直播的现场，就因为高估了自己的控制能力，放了一个掷地有声的响屁！

），显然，情况不适，而恰好你比希拉里更加幸运地“憋”了回去！气体就只能原路返回，变成了——嗝······（也会有少部分气体通过肠壁吸收进入血液，被肝脏代谢）

响屁？臭屁？

俗话说得好，“响屁不臭，臭屁不响”。乍一看还以为是伪科学，但细想来，却有充分的理论依据。

为了解释这句话，要有请：上得厅堂，下得厨房；能把火箭送上天，能让舰艇水里游，拥有超能力的流体力学闪亮登场！它能为我们讲述这句话背后的故事。

我们很容易理解，水是一种流体。而事实上，空气也是一种流体，因为它们都具有流动性（物质各部分之间容易发生相对运动）。

现实生活中的流体大多是黏性流体，屁也不例外。在黏滞性（流动时存在内摩擦）的影响下，它拥有两种流动的方式：

速度较小时，一般会出现“平静而稳定的”分层流动的现象，称为层流（laminar flow）；

而当速度增大至超过一定值，便会发生各流层之间的相互混合，有时还会形成漩涡，就会出现“杂乱而不稳定的”湍流（turbulent flow）。

层流（上面两组）和湍流（下面两组）（图源网络）

湍流（图源网络）

在医学上的实际应用过程中，湍流区别于层流的显著特点是：流体发生湍流时会发出声音（比如，医生可以通过用听诊器听取心脏发出的声音来判断血流状态、听取肺部发声来判断空气流动情况并推测呼吸状态，从而进行诊断）。“屁声”的部分来源也在于此，即湍流产生的声音。在实际中，面对菊部暗流涌动极强的欺骗性，下一个屁是臭屁还是响屁咱可真不知道。所以，我愿称之为：薛定谔的屁。

而在理论上，如何判断某流体的状态是做层流还是湍流？此时就需要用到雷诺数（Reynold number，Re，是用以表征流体惯性力与黏滞力之比的无量纲的数）。

雷诺数的定义

公式中Re为雷诺数，v为流体的流动速度，ρ为流体的密度，r为流管的半径，η为流体的黏度

雷诺数是由英国物理学家雷诺（Osborne Reynolds）在经过大量实验数据分析后于1883年提出。在这里，我们只需要记住：雷诺数Re越大，流体越可能为湍流状态；雷诺数Re越小，流体越可能为层流状态。(事实上，当Re＜1000，流体做层流；当1000＜Re＜1500，流体流动状态不稳定，处于层流和湍流之间的过渡态（过渡流动），可相互转变；Re＞1500，流体做湍流）

ANALYZE TIME.

有了雷诺数这个武器，终于可以大干一场了！对于速度（v）、“菊部”直径（r）、密度（ρ）相同的一个屁来说，雷诺数就只取决于屁的黏度（η）。而屁的黏度取决于肠道中的黏液；硫化氢气体也来源于肠道中的黏液。也就是说，硫化氢气体越多（屁越臭），屁的黏度（η）就会越大。

根据雷诺数的定义式可以看出，流体的黏度（η）越大，Re便会越小，使流体趋于层流。

事已至此，结合上述分析以及层流无声、湍流发声的特点，问题便迎刃而解：一般来说，臭屁黏度大，容易发生平静而稳定的层流，不容易发出声音，所以——“臭屁不响”！

玩转雷诺数！

“响屁不臭，臭屁不响”得到了解释。为了避免社死，又该如何将屁静音？

如果我们仔细观察这个定义式，不难发现：面对一个屁，除去我们难以影响并做出改变的气体密度（ρ），但是好在，要想放出一个静音的屁，仍然有如下行之有效的方法：

1.减小屁的流动速度（v）

我们将肛门简化为一个正圆形的孔洞，设其半径为r。那么，由流体流量（Q）的计算公式：Q=S·v，再代入肛门的面积，面对一定流量的屁，根据下面的推导可知：扩大菊部地区的直径可以极为有效地降低屁的流动速度，从而降低雷诺数Re。而且，根据我们的推导，并不需要担心由此导致的雷诺数增大。

2.增大屁的黏度（η）

由雷诺数的定义式可知，其它条件一定时，当屁的黏度（η）增大，雷诺数将会减小。

话虽这样说，不过按照前文的分析，这可是要以牺牲屁的清新或者牺牲朋友（bushi）为代价的！（实验有风险，尝试需谨慎

）

如何增多屁里面的硫化氢成分呢？很简单，一般来说蛋白质摄入越多，肠道菌群代谢蛋白质产生的硫化氢也就越多。

3.巧妙用力控制菊部地区的肌肉

声音来源于振动，屁声在来自于气体湍流的同时，也来自于肌肉的振动。比如，当双唇绷紧吐气，嘴唇不会有什么振动；当双唇放松再吐气，有一定概率，嘴唇会随着股股气流欢快地振动起来，发出“噗噗噗”的声音。

音叉的振动发声（图源网络）

虽然我明白这样带来的体验并不太好（在此诚挚道歉

），但必须得承认，二者还是有很大程度的相似之处的······鉴于菊花也是这样，所以，在打屁时，建议适当地绷紧肌肉，用自身的力量提供稳定的流管，与屁抗衡！

此项技能难度较大，需要大家勤加练习。在此期待早日收到大家练就随意控制菊部肌肉这项静音必杀技的好消息

！

总结

在本文中，我们通过解析屁的前世今生，利用流体力学教会大家如何给屁开启静音模式。

没有想到，小小的屁里面竟然隐藏着如此奥秘。你可能不会想到，为了避免社死、学会放出一个无声的屁，我们竟然研究起了流体力学，走进了“安分守己”层流和“热闹非凡”湍流的世界。

所以，你要知道：放屁时撕破布的声音和测量血压时血液冲破阻拦发出的声音本质相同；我们想要制造的“静音层流屁”竟然和层流手术室的设计思路有异曲同工之妙；进一步研究层流和湍流，我们便可通过听诊时获取的声音对心脏进行诊断......世间万物间，同一套物理法则是共同的“幕后主使”，彼此的联系是这样的千丝万缕，正可谓“世界大同”。

未来的某年某月某日某时，当你的肠道内数以万亿计的气体逐渐积累，它们会相互碰撞，冲破肌肉的阻碍，钻出小小的孔洞，发出划破空气的厉声。

若是这样，希望你在这一瞬间能够想起这篇推文。请恭喜你自己，因为，你正在提出一个连上帝也费解的问题。

我要带两个问题去问上帝，一个是量子力学，一个是湍流。我估计第一个问题是有答案的。

——沃纳·卡尔·海森堡

参考文献：

[1] 段云峰. 晓肚知肠：肠菌的小心思. 清华大学出版社.

[2] 熊兴良,陈龙聪,等. 医学物理学. 科学出版社.

[3]J.P.Eckmann. Roads to Turbulence in Dissipat-ive Dynamical Systems [J]. Review of Modern Physics,Vol. 53, No.4, pp. 643～654, 1981.

[4] 王磊,冀敏,等. 医学物理学第9版. 人民卫生出版社.

（封面图源网络）

来源：碳氢术士

编辑：半七