COVID-19 распространяется так быстро из-за турбулетности
Турбулентность присутствует везде — в движении ветра, океанских волнах и даже магнитных полях в космосе. Это явление также можно увидеть и в более повседневных системах, таких как дым, поднимающийся из трубы, или кашель. Понимание того, как движутся потоки воздуха в последнем случае — при кашле и дыхании, — важно не только для развития фундаментальной науки, но и для области здравоохранения и охраны окружающей среды. Исследование этих процессов поможет рассчитать, как далеко будут перемещаться капли от кашля или как загрязняющие вещества, выделяемые из дымохода или сигареты, могут рассеиваться в окружающей среде.
Но до сих пор создать модель, достоверно описывающую поведение турбулентных потоков газа и жидкости, ученым не удавалось. Во многом это обусловлено тем, что сама природа турбулентности хаотична, поэтому для точного предсказания поведения газов требуется учесть как можно больше факторов окружающей среды, а также статистические процессы внутри системы.
Теперь исследователи смогли сделать это. Оказалось, что новая модель физиков отклоняется от классической модели турбулентности при температурах 15°C или ниже. Подробно исследовав этот вопрос, ученые показали, что главную роль в этом играет плавучесть, влияние которой растет с уменьшением температуры. Это не было учтено в предыдущих теоретических расчетах.
Ученые использовали мощный суперкомпьютер, способный описать поведение турбулентных потоков на различных масштабах. Новая модель теперь может позволить ученым лучше предсказывать движение капель в воздухе, которые выделяются при кашле или разговоре. В то время как более крупные капли быстро падают на землю, достигая расстояния около одного метра, более мелкие могут оставаться в воздухе гораздо дольше и перемещаться дальше.
В следующих работах исследователи планируют изучить, как ведут себя потоки из более сложных неньютоновских жидкостей, где скорость течения может изменяться в зависимости от того, какая сила прикладывается к системе. Авторы также надеются, что их открытие поможет разработать новые методы борьбы с распространением COVID-19.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Потоки воздуха, которые выходят из нашего рта при кашле или разговоре, могут нести капли жидкости с частицами вируса. Ученые смогли описать движение этих потоков при помощи своей новой модели турбулентности