Изследователи от Университета на Уоруик са разработили нов метод, който позволява да се предскаже как неравномерно оформени наночастици се движат във въздуха. Тези частици са основна категория въздушно замърсяване и отдавна са трудни за точно моделиране. Новият подход е първият, който е едновременно прост и предсказуем, позволявайки на учените да изчисляват движението на частиците, без да се основават на прекалено сложни предположения.

Всеки ден хората вдишват милиони микроскопични частици, включително сажди, прах, полени, микропластмаси, вируси и изкуствени наночастици. Някои от тези частици са толкова малки, че могат да проникнат дълбоко в белите дробове и дори да влязат в кръвообращението. Излагането на тях е свързано с сериозни здравни проблеми, включително сърдечни заболявания, инсулт и рак.

Повечето частици във въздуха нямат гладка или симетрична форма. Въпреки това, традиционните математически модели обикновено приемат, че тези частици са идеални сфери, защото сферичните форми улесняват решаването на уравненията. Това опростяване ограничава способността на учените да проследяват точно поведението на частиците в реалния свят, особено тези с нередовни форми, които могат да представляват по-голям риск за здравето.

Изследовател от Университета на Уоруик представи първия пряк метод, който може да предскаже как частици с практически всякаква форма се движат във въздуха. Проучването, публикувано в Journal of Fluid Mechanics Rapids, актуализира формула, която е на повече от 100 години, и запълва значителна празнина в науката за аерозолите.

Авторът на статията Дънкан Локърби от Инженерния факултет на Университета на Уоруик казва: „Мотивацията беше проста: ако можем да предскажем точно как се движат частиците с всякаква форма, можем значително да подобрим моделите за замърсяване на въздуха, предаване на болести и дори атмосферна химия. Този нов подход се основава на много стар модел – прост, но мощен – което го прави приложим за сложни и нередовни частици.“

Пробивът дойде от новото поглеждане на един от основните инструменти в науката за аерозолите, известен като корекционен фактор на Кънингам. Въведен за първи път през 1910 г., корекционният фактор беше създаден, за да обясни как силите на съпротивление върху малките частици се различават от класическото поведение на течностите.

През 20-те години на миналия век носителят на Нобелова награда Робърт Миликан усъвършенства формулата. По време на този процес по-простата и по-обща корекция беше пренебрегната. Поради това по-късните версии на уравнението останаха ограничени до частици, които бяха идеално сферични, което ограничаваше тяхната полезност за реалните условия.

Работата на Локърби преструктурира оригиналната идея на Кънингам в по-широка и по-гъвкава форма. От тази ревизирана рамка той въвежда „тензор на корекция“ – математически инструмент, който отчита съпротивлението и съпротивлението, действащо върху частици с всякаква форма, включително сфери и тънки дискове. Важно е, че методът не разчита на емпирични параметри за приспособяване.

Какво означава това за изследванията в областта на замърсяването, климата и здравето?

Новият модел предлага по-солидна основа за разбиране на движението на въздушните частици в широк спектър от научни области. Те включват мониторинг на качеството на въздуха, моделиране на климата, нанотехнологии и медицина. Подходът може да подобри прогнозите за разпространението на замърсяването в градовете, за движението на дим от горски пожари или вулканична пепел в атмосферата и за поведението на инженерните наночастици в промишлени и медицински приложения.

Снимка: Pexels

Виж още: Любимите ви PlayStation герои може скоро да се появят в ИИ подкаст