Правильно: новое исследование исследователей Массачусетского технологического института показывает, что при кашле и чихании связаны облака газа, которые удерживают потенциально заразные капли в воздухе на гораздо больших расстояниях, чем предполагалось ранее.«Когда вы кашляете или чихаете, вы видите капельки или чувствуете их, если кто-то чихает на вас», — говорит Джон Буш, профессор прикладной математики Массачусетского технологического института и соавтор новой статьи на эту тему. «Но вы не видите облака, невидимой газовой фазы. Влияние этого газового облака заключается в расширении диапазона отдельных капель, особенно маленьких».
В самом деле, исследование показывает, что более мелкие капельки, которые появляются при кашле или чихании, могут перемещаться в 5–200 раз дальше, чем если бы эти капли просто перемещались как группы несвязанных частиц — как предполагали предыдущие оценки. Тенденция этих капель оставаться в воздухе, ресуспендированных в газовых облаках, означает, что системы вентиляции могут быть более подвержены переносу потенциально инфекционных частиц, чем предполагалось.
Имея это в виду, архитекторы и инженеры могут захотеть пересмотреть дизайн рабочих мест и больниц или циркуляцию воздуха в самолетах, чтобы снизить вероятность передачи болезнетворных микроорганизмов, переносимых по воздуху, среди людей.«Вы можете иметь гораздо более прямое загрязнение вентиляции, чем мы ожидали изначально», — говорит Лидия Буруиба, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Массачусетского технологического института и еще один соавтор исследования.
Статья «Сильные экспираторные события: кашель и чихание» была опубликована в Journal of Fluid Mechanics. Он написан в соавторстве с Буруибой, Бушем и Элин Дехандшоверкер, аспирантом французского технического университета ESPCI ParisTech, которая ранее была приглашенной летней студенткой в Массачусетском технологическом институте при поддержке программы MIT-France.Меньшие падения, большие расстояния
Исследователи использовали высокоскоростную визуализацию кашля и чихания, а также лабораторное моделирование и математическое моделирование, чтобы произвести новый анализ кашля и чихания с точки зрения механики жидкости. Их выводы опровергают некоторые предшествующие взгляды на эту тему. Например: ранее исследователи предполагали, что более крупные капли слизи летают дальше, чем более мелкие, потому что они имеют больший импульс, который классически определяется как масса, умноженная на скорость.
Это было бы верно, если бы траектория каждой капли не была связана с окружающими ее. Но внимательные наблюдения показывают, что это не так; взаимодействие капель с газовым облаком полностью меняет их траектории.
Действительно, кашель или чихание напоминает, скажем, затяжку, выходящую из дымовой трубы.«Если вы проигнорируете присутствие газового облака, ваше первое предположение будет заключаться в том, что более крупные капли уходят дальше, чем более мелкие, и перемещаются не более чем на пару метров», — говорит Буш. «Но, выяснив динамику газового облака, мы показали, что внутри облака существует циркуляция, поскольку более мелкие капли могут сметаться и ресуспендироваться водоворотами внутри облака, и поэтому оседать медленнее. В основном, маленькие капли может быть унесено этим газовым облаком на большое расстояние, в то время как более крупные капли выпадают. Таким образом, у вас есть обратная зависимость расстояния от размера ".
В частности, исследование показало, что капли диаметром 100 микрометров или 1/2 метра проходят в пять раз дальше, чем предполагалось ранее, в то время как капли диаметром 10 микрометров перемещаются в 200 раз дальше. Капли размером менее 50 микрометров часто могут оставаться в воздухе достаточно долго, чтобы достичь потолочных вентиляционных установок.
Кашель или чихание — это «многофазное турбулентное плавучее облако», как исследователи называют его в статье, потому что облако смешивается с окружающим воздухом до того, как его полезная нагрузка из капель жидкости выпадает, испаряется в твердые остатки или и то, и другое.«Облако увлекает в себя окружающий воздух и продолжает расти и перемешиваться», — говорит Буруиба. «Но по мере того, как облако растет, оно замедляется, и поэтому оно менее способно удерживать капли внутри него.
Таким образом, вы не можете смоделировать это как отдельные капли, движущиеся баллистически».Готов к крупному плануИсследователи Массачусетского технологического института в настоящее время разрабатывают дополнительные инструменты и исследования, чтобы расширить наши знания по этому предмету. Например, учитывая воздушные условия в любых условиях, исследователи могут лучше оценить охват данного изгнанного патогена.
«Важной характеристикой, которую необходимо охарактеризовать, является след патогена», — говорит Буш. «Куда на самом деле попадает патоген? Ответ резко изменился в результате нашей пересмотренной физической картины».
Продолжающиеся исследования Буруибы сосредоточены на динамике жидкости при фрагментации или распаде жидкости, которая управляет образованием капель, несущих патогены, ответственных за передачу в помещении респираторных и других инфекционных заболеваний. Ее цель — лучше понять механизмы, лежащие в основе моделей эпидемий, возникающих в группах населения.
«Мы пытаемся рационализировать распределение капель по размеру в результате распада жидкости в дыхательных путях и выхода изо рта», — говорит она. «Это требует увеличения масштаба, чтобы точно увидеть, как эти капли образуются и выбрасываются».Видео: http://www.youtube.com/watch?v=9qqHOKUXY5U