Tim predvođen Duncanom Lockerbyjem preispitao je Cunninghamov korekcioni faktor iz 1910. i razvio korekcioni tenzor koji uzima u obzir oblik i orijentaciju nesferičnih čestica. Ovaj pristup omogućava preciznije modeliranje otpora i kretanja prašine, mikroplastike, virusa i dima od požara u atmosferi. Planirana su laboratorijska testiranja na Univerzitetu Warwick kako bi se proverila primenljivost modela u realnim uslovima.
Rešena misterija stara 100 godina: korekcioni tenzor za praćenje nesferičnih čestica u vazduhu
The Mystery of How Smoke Particles Move—SolvedAndrei Ifrim / 500px - Getty Images
Vazduh koji svakodnevno udišemo mnogo je više od prostog mešavina azota i kiseonika: u njemu lebdi ogroman broj mikročestica — od prašine i polena, preko mikroplastike do virusa — koje mogu dospeti duboko u pluća, pa čak i u krvotok, sa značajnim posledicama po javno zdravlje.
Šta je problem?
Naučnici dobro poznaju proračune otpora i trenja za male, idealno sferne čestice. Međutim, većina stvarnih aerosolnih čestica nema savršen, okrugao oblik. Stari model koji se široko koristi — Cunninghamov korekcioni faktor (1910) — pretpostavlja sferičnost, što može dovesti do grešaka kada modelujemo kretanje čestica nepravilnog oblika (npr. fragmente mikroplastike ili kompleksne virusne strukture).
Šta je Lockerby uradio?
U novoj studiji objavljenoj u Journal of Fluid Mechanics, matematičar Duncan Lockerby (Univerzitet Warwick) ponovo je analizirao Cunninghamovu formulu i predložio opštiji pristup: korekcioni tenzor. Tenzor je matematički alat koji omogućava da se u modelima uvažava oblik i orijentacija čestica, pa se otpor više ne računa kao ista vrednost u svim pravcima — što znači preciznije predviđanje kretanja nesferičnih čestica u gasovima.
„Motivacija je bila jednostavna: ako možemo tačno predvideti kako čestice bilo kog oblika putuju, možemo značajno poboljšati modele zagađenja vazduha, prenošenja bolesti i čak atmosferske hemije“, rekao je Lockerby u izjavi za štampu.
Ovo nije prvi pokušaj da se Cunninghamova formula unapredi — u 1920-im Robert Millikan je već izmenio model — ali Lockerby tvrdi da ranija rešenja nisu obuhvatila opšti oblik korekcije koji omogućava dinamičko računanje otpora za proizvoljne oblike čestica.
Zašto je to važno?
Korekcioni tenzor može poboljšati preciznost simulacija koje se koriste za:
- prognoze kvaliteta vazduha,
- modeliranje širenja dima od šumskih požara,
- procene prenosa respiratornih infekcija i drugih zdravstvenih rizika,
- klimatske i atmosferske hemijske modele koji zavise od ponašanja aerosolnih čestica.
Lockerby i njegov tim planiraju da testiraju tenzor koristeći novi sistem za generisanje aerosola na Fakultetu inženjerstva Univerziteta Warwick. Eksperimenti u kontrolisanim uslovima pomoći će da se proceni koliko dobro teorijski model odgovara stvarnom ponašanju neregularnih čestica i omogućiti dalje unapređenje modela.
Širi uticaj: Precizniji modeli kretanja čestica mogu dovesti do bolje procene izloženosti stanovništva zagađivačima, pametnijih strategija za upozorenja na dim iz požara i pouzdanijih klimatskih prognoza. Iako je rad matematičke prirode, njegove praktične implikacije su velike za ekologiju, javno zdravlje i industriju monitoringa vazduha.
Pomozite nam da budemo bolji.
