Πώς το βήξιμο και το φτέρνισμα αιωρούνται στον αέρα πολύ μακρύτερα απ' όσο νομίζετε



Πηγή

Journal of Fluid Mechanics


Την επόμενη φορά που θα αισθανθείτε ότι σας έρχεται να φτερνιστείτε, σηκώστε τον αγκώνα σας για να καλύψετε το πολυφασικό στροβιλώδες επιπλέον νέφος που ετοιμάζεστε να εκτοξεύσετε!

Ακριβώς! Μια νέα μελέτη από ερευνητές του MIT δείχνει ότι το βήξιμο και το φτέρνισμα συνοδεύονται από αέρια νέφη που διατηρούν τα δυνητικά μολυσματικά τους σταγονίδια υψηλά, σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από ό,τι είχε παρατηρηθεί έως τώρα. “Όταν βήξετε ή φτερνιστείτε, μπορείτε να δείτε τα σταγονίδια ή να τα αισθανθείτε, αν φτερνιστεί κάποιος πάνω σας”, λέει ο John Bush, καθηγητής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στο MIT και μέλος της συγγραφικής ομάδας μιας νέας εργασίας σχετικά με το θέμα. Και προσθέτει: “Αυτό που δεν βλέπετε όμως είναι το νέφος, την αόρατη αέρια φάση. Το αέριο αυτό νέφος έχει ως αποτέλεσμα την επέκταση της απόστασης των μεμονωμένων σταγονιδίων, ιδίως των μικρών”.

Ρίξτε εδώ μια ματιά για να πάρετε μια ιδέα.

Πράγματι, η μελέτη διαπιστώνει ότι τα μικρότερα σταγονίδια που παράγονται από ένα βήξιμο ή φτέρνισμα, μπορούν να ταξιδέψουν πέντε έως 200 φορές μακρύτερα από ό,τι αν απλώς μεταφέρονταν ως ομάδες ασύνδετων σωματιδίων – κάτι που υπέθεταν προηγούμενες εκτιμήσεις. Η τάση αυτών των σταγονιδίων να παραμένουν στον αέρα, καθώς τίθενται και πάλι σε αιώρηση από αέρια νέφη, σημαίνει ότι τα συστήματα εξαερισμού μπορεί να είναι περισσότερο επιρρεπή στη μετάδοση δυνητικά μολυσματικών σωματιδίων από ό, τι είχε αρχικά υποπτευθεί.

Με αυτό κατά νου, οι αρχιτέκτονες και οι μηχανικοί μπορεί να θέλουν να επανεξετάσουν το σχεδιασμό εργασιακών χώρων και νοσοκομείων ή την κυκλοφορία του αέρα στα αεροπλάνα, για να μειώσουν τις πιθανότητες μετάδοσης των αερομεταφερόμενων παθογόνων μεταξύ των ανθρώπων. Μπορεί να έχει κανείς μόλυνση του εξαερισμού με ένα πολύ πιο άμεσο τρόπο από ό,τι θα περιμέναμε αρχικά”, αναφέρει η Lydia Bourouiba, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος του ΜΙΤ και μέλος της συγγραφικής ομάδας της μελέτης.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν απεικόνιση υψηλής ταχύτητας του βήχα και του φτερνίσματος, καθώς και εργαστηριακές προσομοιώσεις και μαθηματικά μοντέλα, για να αναλύσουν το βήξιμο και το φτέρνισμα από τη σκοπιά της ρευστομηχανικής. Τα συμπεράσματά τους “κατεδάφισαν” κάποιες σκέψεις του παρελθόντος σχετικά με το θέμα. Για παράδειγμα: Οι ερευνητές είχαν προηγουμένως υποθέσει ότι τα μεγαλύτερα σταγονίδια βλέννας πετούν μακρύτερα από ό,τι τα μικρότερα, επειδή έχουν μεγαλύτερη ροπή, η οποία κλασικά ορίζεται ως το γινόμενο της μάζας επί την ταχύτητα. Αυτό θα ίσχυε αν η τροχιά του κάθε σταγονιδίου ήταν άσχετη με εκείνες των γύρω του. Αλλά κοντινές παρατηρήσεις δείχνουν ότι αυτό δε συμβαίνει. Οι αλληλεπιδράσεις των σταγονιδίων με το αέριο νέφος κάνουν όλη τη διαφορά στις τροχιές τους. Πράγματι, το βήξιμο ή το φτέρνισμα μοιάζουν, ας πούμε, με συννεφάκι καπνού που βγαίνει από μια καπνοδόχο.

“Αν αγνοήσει κανείς την παρουσία του αερίου νέφους, το πρώτο πράγμα που του έρχεται στο μυαλό είναι ότι οι μεγαλύτερες σταγόνες πάνε μακρύτερα από τις μικρότερες, ταξιδεύοντας το πολύ δύο μέτρα”, δηλώνει ο Bush και συνεχίζει: “Αλλά αποσαφηνίζοντας τη δυναμική του αερίου νέφους, δείξαμε ότι υπάρχει μια κυκλοφορία μέσα στο νέφος - οι μικρότερες σταγόνες μπορεί να σαρωθούν και να τεθούν ξανά σε αιώρηση από τους στροβίλους μέσα σε ένα νέφος και έτσι να κατακαθίσουν πιο αργά. Βασικά, οι μικρές σταγόνες μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλη απόσταση από αυτό το νέφος, ενώ οι μεγαλύτερες σταγόνες πέφτουν. Έτσι αντιστρέφεται η εξάρτηση της απόστασης από το μέγεθος”.

Συγκεκριμένα, η μελέτη διαπιστώνει ότι σταγονίδια με διάμετρο 100 μικρόμετρα - ή αλλιώς εκατομμυριοστά του μέτρου - ταξιδεύουν 5 φορές μακρύτερα από ό,τι είχε προηγουμένως εκτιμηθεί, ενώ σταγονίδια 10 μικρομέτρων σε διάμετρο ταξιδεύουν 200 φορές μακρύτερα. Σταγονίδια μεγέθους μικρότερου των 50 μικρομέτρων μπορούν συχνά να παραμείνουν στον αέρα τόσο ώστε να φτάσουν τις μονάδες εξαερισμού οροφής.

Το βήξιμο ή το φτέρνισμα είναι ένα “πολυφασικό στροβιλώδες επιπλέον νέφος”, όπως το αποκαλούν οι ερευνητές στη μελέτη, επειδή το νέφος αναμειγνύεται με τον περιβάλλοντα αέρα πριν το φορτίο των υγρών σταγονιδίων πέσει, εξατμιστεί σε στερεά υπολείμματα ή και τα δύο.

“Το νέφος μεταφέρει ατμοσφαιρικό αέρα μέσα σε αυτό και συνεχίζει να αυξάνεται και να αναμειγνύεται”, λέει η Bourouiba και συμπληρώνει: “Αλλά, καθώς αναπτύσσεται, το νέφος επιβραδύνεται και έτσι καθίσταται λιγότερο ικανό να αποβάλει τα σταγονίδια από μέσα του. Επομένως, δεν μπορεί κανείς να προτείνει ως μοντέλο αυτού τα μεμονωμένα σταγονίδια που κινούνται βαλλιστικά”.

Οι ερευνητές του MIT ετοιμάζονται πλέον να εστιάσουν στο πώς ακριβώς αυτά τα σταγονίδια σχηματίζονται και εκτοξεύονται από το στόμα.

Επομένως, μην ξεχνιόμαστε: χεράκι ή καλύτερα αγκώνα στο στόμα, κάθε φορά που θέλουμε να βήξουμε ή να φτερνιστούμε...