Введение
Все мы помним совет, который часто повторяли во время пандемии COVID-19: соблюдайте дистанцию в шесть футов от других людей, ожидая в очереди, чтобы избежать передачи вируса. Хотя этот совет разумен, он не учитывал сложную динамику жидкости, управляющую движением воздушно-капельных частиц в воздухе, особенно когда люди также ходят и останавливаются.
Исследование
Группа исследователей под руководством двух студентов-физиков в Университете Массачусетса в Амхерсте смоделировала распространение аэрозольных шлейфов, когда люди ждут и идут в очереди. Результаты опубликованы недавно в Science Advances.
Исследование выросло 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, Жукси Лу и Мило Ван Моой, взяли на себя инициативу.
«Мы хотели знать, 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, — это слишком рискованное предложение. Вместо этого Лу и Ван Моой решили напечатать на 3D-принтере набор цилиндров и моделей в форме человека и поставить их на конвейерную ленту, чтобы увидеть, как движутся 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 Моой.
Результаты
Поскольку тёплый воздух поднимается, вокруг наших тел 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 в температуре 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 той высоте, на которой следующий человек в очереди может вдохнуть их, когда очередь движется вперёд.
«В конечном счёте, не существует жёстких правил о социальном дистанцировании, которые сделают 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 для чего-то столь простого, как стояние в очереди. Мы должны учитывать пространство и время, когда разрабатываем рекомендации для общественного здравоохранения».
Предоставлено Университетом Массачусетса в Амхерсте.