כבר בימי קדם הבינו בני האדם שיש להיפטר באופן מסודר מהצואה והשתן (להלן: קקי ופיפי) שאנחנו מייצרים, שעלולים להיות מקור למחלות. מערכות שירותים פשוטות המכונות לעיתים שירותי "בול-פגיעה" מבוססות על בור שנחפר מבעוד מועד ומכוסה לאחר השימוש. מערכות אלו קיימות עד היום במקומות שכוחי אל כמו הודו הכפרית, אפריקה ומחנה הקיץ של הצופים (ואם אנחנו כבר מדברים על זה - סדרו שם אסלות, בחייאת). בעוד שבאיזורים הכפריים אפשר להסתדר לא רע עם בורות, בערים הגדולות הפכו שירותי הבול-פגיעה למטרד, כי הרי כמה כבר אפשר לחפור בחצר הבית? בתרבויות עתיקות מתקדמות יותר הותקנו אסלות בבתי העשירים שחוברו למערכות ביוב מסודרות. בעיר העתיקה מואנג'ודארו שבתרבות עמק האינדוס, למשל, הותקנה מערכת ביוב עם שירותים בבתי התושבים כבר לפני יותר מאלפיים שנה. גם למצרים ולרומאים היו אסלות שנוקו באמצעות מים זורמים דרך תעלות ניקוז אל מחוץ לעיר.
בעוד הטיפול בפיפי הוא יחסית פשוט, קקי הוא עניין מסובך יותר. בלי להיכנס ליותר מדי תיאורים גרפיים, לקקי יש נטיה להידבק לדפנות האסלה, ללכלך וכן - גם להסריח. האסלות ומערכות הביוב הקדומות היו פתוחות, ואפשרו חדירה של מזהמים וריחות דרך פתח האסלה עצמו - גם לאחר שנשטפו במים. שירותים מודרניים יותר פתרו בעיה זו. סר ג׳ון הרינגטון הבריטי המציא עבור הסנדקית שלו, מלכת אנגליה אליזבת׳ הראשונה, את האסלה המודרנית הראשונה (מה הן אוכלות שם בארמון, לעזאזל?). הוא חיבר מיכל מים רחב שנתלה סמוך לתקרת השירותים לצינור צר שהזרים בכוח מים אל קערת האסלה ושטף החוצה את הקקי המלכותי.
בפיתוח מיכל ההדחה שלו, הרינגטון השתמש בעיקרון פיזיקלי פשוט הנקרא עקרון שימור המסה. בקווים כלליים, גורס עקרון זה משהו די הגיוני בסך הכל - שום מסה לא יכולה ללכת לאיבוד במערכת סגורה. מים הזורמים בצינור, למשל, לא יכולים לברוח באמצע הדרך. אם המים יגיעו למקטע צר יותר בצינור, הם יאלצו להצטופף. מאחר שצפיפות המים לא משתנה הרבה, וקצב הזרימה (כמות החומר ליחידת מרחק ליחידת זמן) חייב להישאר קבוע לפי חוק שימור החומר, מהירות הזרימה חייבת לעלות. במיכל ההדחה של הרינגטון, מאולצים המים לעבור מאגן ניקוז רחב אל עבר צינור צר ומהירות הזרימה שלהם גוברת. בתוספת התאוצה של כוח הכבידה, הופך זרם המים לחזק במיוחד ושוטף איתו ביעילות את מה שנשאר באסלה.
כדי להתמודד עם הריח שעולה מהביוב הפתוח, הוכנס לקערת האסלה שכלול נוסף במאה ה-19: מנגנון הסיפון. שכלול זה הוטמע על ידי ממציא בריטי בשם המשעשע תומאס קראפר (to crap פירושו באנגלית לחרבן), למרות שככל הנראה הומצא קודם לכן. כדי להימנע מריחות לא נעימים, מתמלאת האסלה במים (ראו איור) ומונעת מאוויר הביוב לעלות לחלל החדר.

הורדת המים במיכל ההדחה דוחפת את המים בקערת האסלה לתוך צינור בצורת האות S שחלקו העליון נמצא מעל גובה המים באסלה ולכן מלא באוויר - קצת כמו בועה כלואה. בעזרת המשקל של מי מיכל ההדחה, מצליחים מי האסלה להידחף לתוך הצינור ולדחוף עמם את הבועה. כעת, נוצר בצינור איזור בו הלחץ נמוך בהרבה מהלחץ האטמוספרי. בשלב זה נכנס אוויר לצינור (זהו רעש היניקה שאתם שומעים בסיום ההדחה) ויסתום אותו כך שמים נקיים ישארו בו (ובאסלה). כיום, קיימים גם מנגנונים אחרים להדחת המים מלבד מנגנון זה.
מנגנון הסיפון מגלם בתוכו עיקרון פיזיקלי חשוב בשם עיקרון ברנולי, על שם המתמטיקאי השוויצרי דניאל ברנולי. לפי עקרון זה, סך האנרגיה הכוללת של זורם בצינור נשמרת לכל אורכו. האנרגיה הזו מורכבת מסכום האנרגיה הקינטית, המושפעת ממהירותו של הזורם בצינור, הלחץ שהוא מפעיל על דפנות הצינור והלחץ ההידרוסטטי שתלוי בגובה - כך שנוזל זורם מהר יותר בצינור שמפעיל עליו לחץ נמוך יותר. באסלה, הפרש הלחצים בין הלחץ האטמוספרי לאיזור בעל הלחץ הנמוך גורם ליניקת הנוזלים ולאחריו האוויר מתוך קערת האסלה אל עבר הביוב (להרחבה - ראו סרטון).

בחלל, אגב - הדברים קצת מסובכים יותר. האסטרונאוטים לא יכולים להשתמש בכוח הכבידה כדי להפעיל את עיקרון הסיפון. במקום, הם עושים את צרכיהם לתוך שקית אטומה (ראו סרטון) שנשאבת באמצעות מאוורר למיכל אחסון אטום ממנו נפטרים לרוב קצת לפני החזרה לכדור הארץ. בעבר, אגב, היו זורקים את השתן לחלל - אבל כיום, בתחנת החלל הבינלאומית, ממוחזר השתן וחוזר בחזרה למערכת המים של התחנה לשם שתיה ורחצה. קצת לא נעים, וזה, אבל מה לא עושים כדי להיות אסטרונאוטים.
 

 

מקורות ולקריאה נוספת:
קוראים פייסבוק בשירותים
גם מלכת אנגליה משלשלת
ההיסטוריה הקצרה של השירותים