Во время пандемии COVID-19 нам всем советовали: чтобы избежать передачи вируса, держитесь на расстоянии шести футов от других людей, когда стоите в очереди. Этот совет разумен, но он не учитывает сложную динамику жидкостей, которая определяет, как воздушно-капельные частицы фактически перемещаются по воздуху, особенно когда люди идут и останавливаются.
Научная группа из Университета Массачусетса в Амхерсте смоделировала распространение аэрозольных шлейфов, когда люди ждут и идут в очереди.
Результаты, опубликованные недавно в Science Advances, возникли из вопроса, который многие из нас задавали себе, стоя на обозначенных местах на расстоянии шести футов друг от друга в ожидании вакцины, оплаты за продукты или чашки кофе: какова наука, стоящая за шестифутовым разделением?
Чтобы найти ответы на эти вопросы, два студента Университета Массачусетса в Амхерсте, Жуйси Лу и Мило Ван Муи, взяли на себя инициативу.
«Мы хотели узнать, как переносятся аэрозоли, которые мы выдыхаем, но оказалось, что это очень сложно сделать в реальной очереди», — говорит Лу, который сейчас является аспирантом Чикагского университета.
Идеальной ситуацией было бы наличие реальных людей, стоящих в реальной движущейся очереди, чтобы проверить, как распространяются их выдохи, — но это слишком рискованно. Вместо этого Лу и Ван Муи решили напечатать на 3D-принтере набор цилиндров и моделей в форме человека и поставить их на конвейер, чтобы увидеть, как перемещаются шлейфы. Их модели «выдыхали» цветные красители, имитирующие чихание, кашель и обычное дыхание. Они также провели компьютерное моделирование в сотрудничестве с группой Родольфо Остилла в Университете Кадиса в Испании.
«То, что мы обнаружили, было действительно удивительным», — говорит Ван Муи.
Поскольку тёплый воздух поднимается, вокруг нашего тела возникает небольшой восходящий поток — и команда ожидала увидеть, как аэрозольные шлейфы поднимаются. Но вместо этого они наблюдали эффект «нисходящего потока», когда простое действие ходьбы и ожидания в очереди приводило к тому, что шлейфы опускались.
Ещё более удивительным было то, что если температура окружающей среды близка к температуре нашего тела, как это бывает в неохлаждаемом помещении летом, эти аэрозоли могут быть вытеснены к полу из-за воздушных потоков. Однако в помещении с климат-контролем разница температур между тем, что мы выдыхаем, и условиями окружающей среды достаточна, чтобы поднять эти шлейфы вверх. Если температура находится в промежуточном диапазоне, вполне возможно, что аэрозоли могут парить на высоте, подходящей для вдыхания их следующим человеком в очереди, когда очередь движется вперёд.
«В конечном счёте, не существует жёстких правил о социальном дистанцировании, которые сделали бы нас безопасными или небезопасными», — говорит старший автор Варгезе Матай, доцент кафедры физики в Университете Массачусетса в Амхерсте. «Динамика жидкости в воздухе удивительно сложна, и общая интуиция часто вводит в заблуждение, даже в таких простых вещах, как стояние в очереди. Мы должны учитывать пространство и время, когда разрабатываем рекомендации по общественному здравоохранению».
Предоставлено Университетом Массачусетса в Амхерсте.