احیای یک معادله ۱۰۰ ساله، معمای هوایی که تنفس می‌کنیم را حل می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار، این روش، اولین روش از نوع خود است که سادگی را با قدرت پیش‌بینی بالا ترکیب می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد رفتار ذرات معلق در هوا را بدون نیاز به فرضیات ریاضی پیچیده یا مدل‌های تجربی از پیش موجود، محاسبه کنند.

انسان‌ها روزانه میلیون‌ها ذره میکروسکوپی از جمله دوده، گرد و غبار، گرده، میکروپلاستیک‌ها، ویروس‌ها و نانوذرات تولید شده را استنشاق می‌کنند. برخی از این ذرات بسیار ریز می‌توانند به اعماق ریه‌ها نفوذ کرده و وارد جریان خون شوند و قرار گرفتن مزمن در معرض آنها با افزایش خطر بیماری‌های جدی مانند بیماری قلبی، سکته مغزی و سرطان مرتبط است.

اگرچه بیشتر ذرات معلق در هوا شکل کروی منظمی ندارند، اما مدل‌های ریاضی سنتی برای تسهیل محاسبات، آنها را کروی فرض می‌کردند که این امر دقت پیش‌بینی حرکت و رفتار واقعی آنها در هوا، به ویژه ذرات نامنظم که ممکن است خطر بیشتری برای سلامتی داشته باشند، را محدود می‌کرد.

اهمیت مدل جدیدی که توسط تیمی از دانشگاه وارویک در بریتانیا توسعه داده شده است، در پر کردن یک شکاف علمی دیرینه در زمینه آئروسل‌ها نهفته است، زیرا برای اولین بار توانست حرکت ذرات غیر کروی را با دقت بیشتری توصیف کند، که این دسته، اکثریت قریب به اتفاق آلاینده‌های هوا را تشکیل می‌دهند.

سرپرست تیم تحقیقاتی، پروفسور دانکن لاکربی، توضیح داد که هدف، توسعه مدلی است که قادر به پیش‌بینی حرکت ذرات در اشکال مختلف آنها باشد، با توجه به نقش اساسی آن در بهبود مدل‌های آلودگی هوا، درک شیوع بیماری‌های ناشی از هوا و مطالعه واکنش‌های شیمیایی در جو.

محققان کشف خود را بر اساس فرمول‌بندی مجدد و تعمیم چیزی که به عنوان «ضریب تصحیح کانینگهام» شناخته می‌شود، بنا نهادند. این مفهوم ریاضی که قدمت آن به اوایل قرن بیستم برمی‌گردد، گسترش یافته است تا برای ذرات با هر شکلی، نه فقط ذرات کروی، قابل اجرا باشد.

لاکربی خاطرنشان می‌کند که این تعمیم، ایده اولیه مدل ریاضی را احیا کرد و امکان پیش‌بینی‌های دقیق را بدون نیاز به شبیه‌سازی‌های پیچیده یا کالیبراسیون تجربی فراهم نمود.

این روش جدید مبتنی بر استفاده از چیزی است که «تانسور اصلاح» نامیده می‌شود، ابزاری ریاضی که نیرو‌های مقاومت و کشش مؤثر بر ذرات را هنگام حرکت در هوا صرف نظر از شکل آنها شبیه‌سازی می‌کند و مزیت کلیدی آن عدم نیاز به داده‌های تجربی قبلی است.

انتظار می‌رود این پیشرفت به بهبود سیستم‌های نظارت بر کیفیت هوا، افزایش درک انتقال بیماری‌های منتقله از طریق هوا، توسعه دارو‌های استنشاقی کارآمدتر و همچنین کاربرد‌های گسترده در زمینه‌های سلامت محیط زیست، آب و هوا و فناوری نانو کمک کند.

این مطالعه در مجله مکانیک سیالات رپیدز منتشر شده است.

منبع: ساینس دیلی