다들 똥을 주기적으로 눌 겁니다. 그런데 똥을 눌 때 가끔 변기에 있는 물이 튀어 올라 엉덩이에 닿은 경험이 있지 않으신가요? 외국에서는 이 현상을 ‘포세이돈의 키스’라고 농담 삼아 부르는데, 여기서 주제의 궁금증이 생깁니다. 왜 똥을 눌 때 어떤 날은 물이 엉덩이까지 튀는 걸까요?
주제의 궁금증을 해결하려면 전체적인 과정을 단계별로 자세히 살펴볼 필요가 있습니다. 먼저 똥을 누면 중력에 의해 똥이 변기 수면으로 낙하합니다. 초기 속도에 더해 위치에너지가 운동에너지로 전환되며 가속할 것이고, 꽤 빠른 속도로 똥이 수면에 닿으면 물의 표면이 순간적으로 눌리며 관성에 의해 사방으로 에너지를 전달하면서 왕관 모양의 물보라를 형성합니다.
이 순간을 보면 중앙은 움푹 들어가 있고, 테두리는 왕관 모양으로 물보라가 솟아 있습니다. 원래의 평평한 수면보다 표면적이 늘어난 상태인데, 물과 같은 액체는 표면을 최소화하는 방향으로 작용하려는 힘인 표면장력이 존재합니다. 이에 따라 솟은 부분은 당겨지려 하고, 움푹 들어간 부분은 메워지려 하면서 중앙으로 에너지가 전달됩니다.
그 에너지에 의해 바깥으로 퍼졌던 물이 안쪽으로 되돌아오면 그 흐름이 가운데에서 만나 움직임이 한 점으로 집중되고, 작은 물기둥이 솟구치면서 그 일부가 엉덩이에 닿아 포세이돈의 키스를 경험하게 됩니다.
그런데 똥을 눌 때 똥은 항상 변기 수면으로 낙하함에도 엉덩이에 물이 늘 닿는 건 또 아닙니다. 그렇다면 어떨 때 포세이돈의 키스가 일어나는 걸까요?
물방울이 튀는 높이와 방향은 여러 요인에 의해 달라지는데, 그중에서도 핵심은 대변의 낙하 속도, 점성과 질량, 수면에 닿는 순간의 단면적입니다.
우선 낙하 속도는 배변 시 괄약근이 만들어내는 초기 분출 속도에 의해 결정되며, 떨어지는 높이가 높아질수록 속도는 더욱 증가합니다. 이는 돌멩이를 물에 떨어뜨릴 때 높은 곳에서 세게 던질수록 속도가 빨라지면서 물이 더 많이 튀는 것과 같은 원리입니다.
다만, 낙하 높이가 높으면 그만큼 엉덩이와 수면의 거리가 멀다는 의미이므로 물기둥이 힘껏 솟구쳐도 엉덩이까지 도달할 확률이 낮아집니다. 반대로 엉덩이가 수면에 닿을 정도로 낙하 높이가 낮으면 속도 역시 느려서 물기둥이 거의 형성되지 않습니다.
그래서 너무 높지도, 너무 낮지도 않은 중간 정도 높이에서 물이 엉덩이까지 튈 가능성이 상대적으로 높습니다. 다만, 실제로는 사람의 자세, 체형, 변기 구조에 따라 달라질 수 있습니다.
다음으로 중요한 건 똥의 점성과 양입니다. 설사처럼 묽은 똥은 점도가 낮아 수면과 닿는 순간 쉽게 퍼지며 에너지를 넓게 분산시킵니다. 반면 점성이 매우 강한 고형의 똥은 한 덩어리로 유지된 채 충격을 집중시켜 수면에 강한 충격력을 효율적으로 전달하고 그만큼 더 강력한 물기둥을 만들어 냅니다.
하지만 설사의 경우에는 장이 강하게 수축하면서 순간적으로 빠른 속도로 분출되는 상황이 많습니다. 따라서 설사라 하더라도 분출 속도가 충분히 빠를 경우 물과 부딪힐 때 충돌 에너지가 커지므로 이때도 포세이돈의 키스를 경험할 가능 성이 생깁니다.
마지막으로 중요한 건 똥이 물에 들어가는 순간의 단면적, 그러니까 물속으로 들어가는 형태입니다. 다이빙 선수를 예로 들면 물에 들어갈 때 몸을 일직선으로 만들어 저항을 최소화합니다.
마찬가지로 대변도 길쭉하게 나온다면 수면을 부드럽게 뚫고 들어가 충격을 줄일 수 있습니다. 이에 반해 납작하거나 불규칙한 형태는 수면을 넓게 때려 더 강한 반발을 유발할 수 있습니다. 이에 따라 물기둥이 형성되어 포세이돈의 키스가 발생할 가능성이 커집니다.
그렇다면 포세이돈의 키스를 피할 방법은 없을까요? 변기의 높이를 바꾸거나 대변의 점성과 양을 조절하는 방법 등도 생각해 볼 수 있겠지만 현실적으로 어려움이 많습니다.
가장 효율적인 방법은 에어백 같은 흡수층을 만들어 충격을 분산시키는 것으로 물 위에 휴지 한두 장을 띄워놓는 방법이 있습니다. 이렇게 하면 고체인 휴지가 충격에 의해 서서히 변형되어 액체인 물이 마구잡이로 튀는 것을 막습니다.
아니면 대변을 비스듬히 배출하는 방법이 있는데, 이는 현실적으로 따라하기 어렵지만 물리학적으로는 수면에 대한 입사각이 작아지면 수면을 정면으로 때리는 힘이 줄어들어 반발력이 작아지고, 중앙으로 몰리는 힘도 비대칭이므로 물기둥이 잘 형성되지 않을 겁니다. 이처럼 과학을 알면 일상생활의 작은 불편을 피할 수 있습니다. 궁금증이 해결되셨나요?
– 원고 : 송현수 과학/공학 분야 작가
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