Bản đồ màu hiển thị khoảng thời gian một giọt 100 micron rơi tự do ở độ cao ban đầu 1,6 mét bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm. Đối với độ ẩm tương đối (RH) và nhiệt độ (T) dưới vòng cung màu vàng, giọt sẽ rơi xuống đất theo số giây được chỉ định bởi thang màu; phía trên vòng cung, giọt sẽ bay hơi hoàn toàn trong không khí, không bao giờ chạm đất. Credit: Binbin Wang

Các nhà khoa học báo cáo một mô hình chi tiết về sự vận chuyển của sol khí trong không khí, xem xét một số điều kiện môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và dòng chảy xung quanh.

Loại coronavirus mới gây ra COVID-19 được cho là lây lan qua các hoạt động hô hấp tự nhiên, chẳng hạn như thở, nói chuyện và ho, nhưng ít người biết về cách thức virus này vận chuyển trong không khí.

Các nhà khoa học của Đại học Missouri đã báo cáo trên tạp chí Physics of Fluids của Nhà xuất bản AIP một nghiên cứu về cách thức dòng khí và dòng chất lỏng ảnh hưởng đến các giọt thở ra có thể chứa virus. Mô hình của họ bao gồm mô tả chính xác hơn về sự nhiễu loạn không khí ảnh hưởng đến quỹ đạo của giọt thở ra.

Các tính toán với mô hình của họ tiết lộ, trong số những thứ khác, một tác động quan trọng và đáng ngạc nhiên của không khí ẩm. Kết quả cho thấy độ ẩm cao có thể kéo dài thời gian tồn tại trong không khí của các giọt kích thước trung bình lên tới 23 lần.

Các giọt thở ra trong hơi thở bình thường của con người có nhiều kích cỡ, từ khoảng 1/10 micrômet đến 1.000 micrômet. Để so sánh, một sợi tóc người có đường kính khoảng 70 micron, trong khi một hạt coronavirus điển hình nhỏ hơn 1/10 micron. Các giọt thở ra phổ biến nhất có đường kính khoảng 50 đến 100 micron.

Các giọt do một cá thể lây nhiễm thở ra có chứa các phần tử virus cũng như các chất khác, chẳng hạn như nước, lipid, protein và muối. Nghiên cứu không chỉ xem xét sự vận chuyển của các giọt nhỏ trong không khí mà còn cả sự tương tác của chúng với môi trường xung quanh, đặc biệt là thông qua quá trình bay hơi.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô tả cải tiến về nhiễu động không khí để giải thích cho các dao động tự nhiên của các dòng không khí xung quanh giọt phóng ra. Họ có thể so sánh kết quả của họ với các nghiên cứu mô hình khác và với dữ liệu thí nghiệm về các hạt có kích thước tương tự như các giọt thở ra. Mô hình cho thấy sự phù hợp tốt với dữ liệu về phấn hoa ngô, có đường kính 87 micron, kích thước xấp xỉ với hầu hết các giọt được thở ra.

Độ ẩm ảnh hưởng đến số phận của các giọt được thở ra, vì không khí khô có thể làm tăng tốc độ bay hơi tự nhiên. Trong không khí có độ ẩm tương đối 100%, các mô phỏng cho thấy các giọt lớn hơn có đường kính 100 micron rơi xuống đất cách nguồn thở ra khoảng 6 feet. Các giọt nhỏ hơn có đường kính 50 micron có thể di chuyển xa hơn, tới 5 mét, hoặc khoảng 16 feet, trong không khí rất ẩm.

Không khí ít ẩm hơn có thể làm chậm sự lây lan. Ở độ ẩm tương đối là 50%, không có giọt nào trong số 50 micron di chuyển xa hơn 3,5 mét.

Các nhà điều tra cũng xem xét một mô hình máy bay phản lực xung động để bắt chước tiếng ho.

Tác giả Binbin Wang cho biết: “Nếu tải lượng virus liên quan đến các giọt nhỏ tỷ lệ với thể tích, thì gần như 70% virus sẽ được lắng đọng trên mặt đất trong khi ho. Duy trì khoảng cách vật lý sẽ giúp khắc phục đáng kể sự lây lan của căn bệnh này thông qua việc giảm sự lắng đọng của các giọt nước trên người và thông qua việc giảm xác suất hít phải các bình xịt gần nguồn lây nhiễm”.

Tham khảo: “Vận chuyển và số phận của các giọt nhỏ trong quá trình thở ra của con người – một cách tiếp cận mô hình hóa” của Binbin Wang, Huijie Wu và Xiu-Feng Wan, ngày 18 tháng 8 năm 2020, Vật lý chất lỏng.
DOI: 10.1063 / 5.0021280