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Il nuovo modello matematico predice la diffusione iniziale dei virus respiratori compreso COVID-19

Le goccioline respiratorie da una tosse o da un viaggio di starnuto più lontano e l'ultima volta più lungamente nei climi umidi e freddi che in piccante, asciugano quelli, secondo uno studio su fisica della gocciolina da un gruppo internazionale degli ingegneri.

I ricercatori hanno compreso questa comprensione dell'impatto dei fattori ambientali sulla gocciolina sparsa in un nuovo modello matematico che può essere usato per predire la diffusione iniziale dei virus respiratori compreso COVID-19 e nel ruolo delle goccioline respiratorie in quanto sparso.

Il gruppo ha sviluppato questo nuovo modello per capire meglio il ruolo che la gocciolina si appannasse il gioco nella diffusione dei virus respiratori.

Il loro modello è il primo da basare su un approccio fondamentale adottato per studiare la teoria di tariffa di collisione chiamata delle reazioni chimiche, che gli sguardi alle tariffe di collisione e di interazione di una nuvola della gocciolina hanno esalato da una persona infettata con la gente in buona salute.

Il loro lavoro connette l'interazione umana del popolazione-disgaggio con i loro risultati di fisica della gocciolina di microscala sopra fin dove e diffusione veloce delle goccioline e quanto tempo dura.

I loro risultati sono stati pubblicati il 30 giugno nella fisica del giornale dei liquidi.

Il modulo fondamentale di base di una reazione chimica è due molecole sta scontrando. Quanto stanno scontrando frequentemente vi darà quanto velocemente la reazione progredisce. È esattamente la stessa qui; quanto la gente in buona salute sta contattando frequentemente una nuvola infettata della gocciolina può essere una misura di quanto velocemente la malattia può spargersi.„

Abhishek Saha, autore di studio ed il professor, dipartimento di ingegneria meccanica, università di California San Diego

Hanno trovato che, secondo le condizioni atmosferiche, alcune goccioline respiratorie viaggiano fra 8 piedi e 13 piedi a partire dalla loro sorgente prima dell'evaporazione, senza anche rappresentare il vento.

Ciò significa quella senza maschere, sei piedi della distanza sociale non può essere abbastanza per tenere le particelle exhalated di una persona dal raggiungimento del qualcun altro.

“La fisica della gocciolina dipende significativamente da tempo,„ ha detto Saha.

“Se siete in un più freddo, il clima umido, le goccioline da uno starnuto o la tosse stanno andando durare più lungamente e spargersi più lontano di se siete in un clima asciutto caldo, dove otterranno evaporati più velocemente.„

“Abbiamo compreso questi parametri nel nostro modello della diffusione di infezione; non sono inclusi nei modelli attuali per quanto possiamo dire.„

I ricercatori sperano che il loro modello più dettagliato per la tariffa della diffusione di infezione e della diffusione della gocciolina contribuisca ad informare le politiche sanitarie di salute pubblica ad un più livello locale e possono essere utilizzati in futuro per capire meglio il ruolo dei fattori ambientali nella diffusione del virus.

Hanno trovato che a 35C (95F) e 40 per cento di umidità relativa, una gocciolina possono viaggiare circa 8 piedi.

Tuttavia, a 5C (41F) e a 80 per cento di umidità, una gocciolina può viaggiare fino a 12 piedi.

Il gruppo egualmente ha trovato che le goccioline nell'ordine di 14-48 micron possiedono l'elevato rischio mentre catturano più lungamente per evaporare e viaggiare maggiori distanze.

Le più piccole goccioline, d'altra parte, evaporano all'interno di una frazione di secondo, mentre le goccioline più grandi di 100 micron si sistemano rapidamente alla terra dovuta pesare.

Ciò è ulteriore prova di importanza di uso delle maschere, che intrappolerebbero le particelle in questo intervallo critico.

Il gruppo degli ingegneri dal banco di Uc San Diego Jacobs di assistenza tecnica, l'università di Toronto e l'istituto indiano di scienza sono tutti gli esperti nell'aerodinamica e nella fisica delle goccioline per le applicazioni compreso i sistemi di propulsione, la combustione o gli spruzzi del termale.

Hanno rivolto la loro attenzione e la competenza alle goccioline ha rilasciato quando la gente starnutisce, tossisce o parla quando è stato evidente che COVID-19 è sparso attraverso queste goccioline respiratorie.

Hanno applicato i modelli attuali per le reazioni chimiche ed i principi di fisica alle goccioline di una soluzione dell'acqua salata--la saliva è alta in cloruro di sodio--quale hanno studiato in un levitator ultrasonico per determinare la dimensione, la diffusione e la durata della vita di queste particelle in varie condizioni ambientali.

Molti modelli pandemici correnti usano i parametri adatti per potere applicare i dati ad un'intera popolazione. Gli obiettivi del nuovo modello per cambiare quello.

“Il nostro modello completamente è basato per “primi principi„ connettendo le leggi fisiche che sono capite bene, così là è accanto a nessun'installazione in questione,„ ha detto Swetaprovo Chaudhuri, professore all'università di Toronto e ad un co-author.

“Naturalmente, facciamo i presupposti idealizzati e ci sono le variabilità in alcuni parametri, ma poichè miglioriamo ciascuno dei submodels con gli esperimenti specifici e l'inclusione dei best practice attuali in epidemiologia, forse un modello pandemico di primi principi con l'alta capacità premonitrice potrebbe essere possibile.„

Ci sono limitazioni a questo nuovo modello, ma il gruppo già sta lavorando per aumentare la versatilità del modello.

“Il nostro punto seguente è di rilassarsi alcune semplificazioni e generalizzare il modello comprendendo i modi di trasmissione differenti,„ ha detto Saptarshi Basu, professore all'istituto indiano di scienza e ad un co-author.

“Una serie di esperimenti è egualmente in corso studiare le goccioline respiratorie che si sistemano sulle superfici comunemente commoventi.„

Source:
Journal reference:

Chaudhuri, S., et al. (2020) Modeling the role of respiratory droplets in Covid-19 type pandemics featured. Physics of Fluids. doi.org/10.1063/5.0015984.