為什麼冬天呼吸道疾病容易傳染?(一方面是)因為飛沫飛得更遠。麻省理工物理教授呂迪亞.波茹以芭(Lydia Bourouiba)2014 年的研究。
我在某新浪網新聞看到這個。原始論文可以從 Google 學術搜尋取得全文,或者某個你或許知道的地方,詳見文末 Ref。
論文很長,因為學術要求不忘本,所以花費很多篇幅 include 先前該領域的文獻(流體物理——液滴、氣溶膠的方面以及流行病學的方面),還得一五一十說清楚她的實驗配置與資訊分析方法(以利他人複製檢查結論)。
但總之就是,教授她用高速攝影機的影像,透過電腦分析影像資料,研究了人打噴嚏之後,口沫會怎麼橫飛。
我直接殺到讓我自己恍然大悟的亮點:
為什麼冬天容易傳染各種飛沫傳染的疾病呢?說來簡單,因為冬天飛沫飛更遠。
去年我在 每日一冷〈為什麼雲不會掉下來〉那篇寫得不算精緻的文章裡,就涵蓋到解謎的所有關鍵而不自知。要多虧波茹以芭教授實際的觀測與分析,讓其中的物理更加一清二楚。
冬天環境空氣冷又乾,密度大。但從人肉色的肺裡出來的氣體,又溫又潮濕。我們都知道熱空氣的密度小,但其實濕度高的空氣密度也小——詳細理由是「道爾吞氣體分壓定率」:水的分子量 18 比空氣的 28.8 小。又溫又潮濕的噴嚏就輕上加輕,在相對重的冬天冷空氣中會上浮。
一口噴嚏中含有各種半徑的口沫液滴,大的液滴在高速運動中破裂為小液滴。因為空氣阻力與重力,液滴越大降落越快,液滴越小降落越慢。
物體的 #終端速度 估算公式為 v = √( 2W / (C.ρ.A) ),W 為重量,A為截面積,ρ為密度,C為與形狀有關的常數。若液滴半徑為 r,因為 W ∝ r³、A ∝ r²,因此 v ∝ √ r 。白話文,終端速度和半徑的平方根成正比。
於是極小的液滴在上升氣流中就不只不太會掉落,甚至會跟著氣流被往上帶。
於是,溫熱潮濕的噴嚏就形成了一朵雲。論文中稱為 cough cloud(但她實驗的對象確實是搔搔鼻子打噴嚏,並不是咳嗽)。冬天的室內便成為傳染病的溫床。
波茹以芭教授在 Science Friday 這個節目(→ youtu.be/-pGudblk8Ok?t=171,內含實驗影片)的採訪中提到,目前大部分室內空調是從天花板排氣,就能順勢將這團有部分浮力的噴嚏雲,吸到天花板排放走。
我們怎麼運用這個研究結果?當然防止沒戴口罩的人沒用手臂把整張臉摀住就打噴嚏(←根本欠打)是最根本的第零步。 <此段有誤故刪除> 然後假設室內能以暖氣維持在夏天的溫濕度,人吐出的氣團就沒有那麼大的浮力上升,因而能讓噴嚏雲飛不遠了......新的問題是人們能忍耐四季皆夏的溫溼度嗎 囧rz。
因為科學是無敵的。←信心喊話一下
*有點冗長的改正 edit note: 經網友指正,我嚴重誤會了一點,訪談中 Bourouiba 教授言下之意是排氣口在高處是明智之舉。我對空調設計的認識不夠就亂講真是......重要!不要完全相信網路上的人,他們有可能亂下結論,包括我。
Displacement ventilation 是指在室內低處引入戶外空氣,利用熱空氣會上升的自然傾向,由天花板把空氣吸走,使室內空氣呈上升的單向流動。至於這樣對防治傳染病有無助益,結論並不篤定。反倒有可能因為上升氣流的存在,讓汙染性微粒懸浮在人類身高的高度,稱為 lockup phenomenon ←新增這段有參考資料,是 doi.org/10.1371/journal.pone.0211390。
有沒有可能整個逆轉,做到室內都是下沉氣流,不讓噴嚏雲上升呢,但想得容易,實際得克服的天然難題是只要存在溫差空氣就自然會對流。這真的是商機,待你研究發明,就從研讀流體力學先。
_
Ref:
Bourouiba, L., Dehandschoewercker, E., & Bush, J. W. (2014). Violent expiratory events: on coughing and sneezing. Journal of Fluid Mechanics, 745, 537-563.
DOI: 10.1017/jfm.2014.88
_
▅小澄清:
武漢肺炎冠狀病毒的傳染途徑仍未完全釐清,並不知道到底是接觸、飛沫(大滴的)、空氣(所謂空氣就是極小飛沫、極少量病毒即可有效傳染)之中的哪一些途徑。十七年前的SARS,雖然曾經因為淘大花園的社區群聚而一直傳出不排除空氣傳染,但最終各方分析的定調是由水汙染而接觸傳染(淘大花園的傳染者該名病患,症狀以腹瀉表現且排泄物中病毒量高——也就是糞口傳染),所以就和這篇提到室內乾濕度、飛沫飛得遠沒有直接關聯了。接觸傳染的防止是在盡可能不要接觸染污表面,常洗手、不觸碰眼口鼻黏膜。
這篇文章不意在提供特定的防疫建議,是為一般的生活科學。畢竟,就算冠狀病毒不會空氣傳播,我們很確定流感會、水痘會、麻疹更是會(←麻疹超霸道),還有肺結核和天花(←所幸後者滅絕了,大概吧)。
因此這小知識還是很實用的,讓你以後在公共場合聽到有人咳嗽就會像知道得太多的 Bourouiba 教授本人一樣,疑神疑鬼。 #NightmareFuel
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我在某新浪網新聞看到這個。原始論文可以從 Google 學術搜尋取得全文,或者某個你或許知道的地方,詳見文末 Ref。
論文很長,因為學術要求不忘本,所以花費很多篇幅 include 先前該領域的文獻(流體物理——液滴、氣溶膠的方面以及流行病學的方面),還得一五一十說清楚她的實驗配置與資訊分析方法(以利他人複製檢查結論)。
但總之就是,教授她用高速攝影機的影像,透過電腦分析影像資料,研究了人打噴嚏之後,口沫會怎麼橫飛。
我直接殺到讓我自己恍然大悟的亮點:
為什麼冬天容易傳染各種飛沫傳染的疾病呢?說來簡單,因為冬天飛沫飛更遠。
去年我在 每日一冷〈為什麼雲不會掉下來〉那篇寫得不算精緻的文章裡,就涵蓋到解謎的所有關鍵而不自知。要多虧波茹以芭教授實際的觀測與分析,讓其中的物理更加一清二楚。
冬天環境空氣冷又乾,密度大。但從人肉色的肺裡出來的氣體,又溫又潮濕。我們都知道熱空氣的密度小,但其實濕度高的空氣密度也小——詳細理由是「道爾吞氣體分壓定率」:水的分子量 18 比空氣的 28.8 小。又溫又潮濕的噴嚏就輕上加輕,在相對重的冬天冷空氣中會上浮。
一口噴嚏中含有各種半徑的口沫液滴,大的液滴在高速運動中破裂為小液滴。因為空氣阻力與重力,液滴越大降落越快,液滴越小降落越慢。
物體的 #終端速度 估算公式為 v = √( 2W / (C.ρ.A) ),W 為重量,A為截面積,ρ為密度,C為與形狀有關的常數。若液滴半徑為 r,因為 W ∝ r³、A ∝ r²,因此 v ∝ √ r 。白話文,終端速度和半徑的平方根成正比。
於是極小的液滴在上升氣流中就不只不太會掉落,甚至會跟著氣流被往上帶。
於是,溫熱潮濕的噴嚏就形成了一朵雲。論文中稱為 cough cloud(但她實驗的對象確實是搔搔鼻子打噴嚏,並不是咳嗽)。冬天的室內便成為傳染病的溫床。
波茹以芭教授在 Science Friday 這個節目(→ youtu.be/-pGudblk8Ok?t=171,內含實驗影片)的採訪中提到,目前大部分室內空調是從天花板排氣,就能順勢將這團有部分浮力的噴嚏雲,吸到天花板排放走。
我們怎麼運用這個研究結果?當然防止沒戴口罩的人沒用手臂把整張臉摀住就打噴嚏(←根本欠打)是最根本的第零步。 <此段有誤故刪除> 然後假設室內能以暖氣維持在夏天的溫濕度,人吐出的氣團就沒有那麼大的浮力上升,因而能讓噴嚏雲飛不遠了......新的問題是人們能忍耐四季皆夏的溫溼度嗎 囧rz。
因為科學是無敵的。←信心喊話一下
*有點冗長的改正 edit note: 經網友指正,我嚴重誤會了一點,訪談中 Bourouiba 教授言下之意是排氣口在高處是明智之舉。我對空調設計的認識不夠就亂講真是......重要!不要完全相信網路上的人,他們有可能亂下結論,包括我。
Displacement ventilation 是指在室內低處引入戶外空氣,利用熱空氣會上升的自然傾向,由天花板把空氣吸走,使室內空氣呈上升的單向流動。至於這樣對防治傳染病有無助益,結論並不篤定。反倒有可能因為上升氣流的存在,讓汙染性微粒懸浮在人類身高的高度,稱為 lockup phenomenon ←新增這段有參考資料,是 doi.org/10.1371/journal.pone.0211390。
有沒有可能整個逆轉,做到室內都是下沉氣流,不讓噴嚏雲上升呢,但想得容易,實際得克服的天然難題是只要存在溫差空氣就自然會對流。這真的是商機,待你研究發明,就從研讀流體力學先。
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Ref:
Bourouiba, L., Dehandschoewercker, E., & Bush, J. W. (2014). Violent expiratory events: on coughing and sneezing. Journal of Fluid Mechanics, 745, 537-563.
DOI: 10.1017/jfm.2014.88
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▅小澄清:
武漢肺炎冠狀病毒的傳染途徑仍未完全釐清,並不知道到底是接觸、飛沫(大滴的)、空氣(所謂空氣就是極小飛沫、極少量病毒即可有效傳染)之中的哪一些途徑。十七年前的SARS,雖然曾經因為淘大花園的社區群聚而一直傳出不排除空氣傳染,但最終各方分析的定調是由水汙染而接觸傳染(淘大花園的傳染者該名病患,症狀以腹瀉表現且排泄物中病毒量高——也就是糞口傳染),所以就和這篇提到室內乾濕度、飛沫飛得遠沒有直接關聯了。接觸傳染的防止是在盡可能不要接觸染污表面,常洗手、不觸碰眼口鼻黏膜。
這篇文章不意在提供特定的防疫建議,是為一般的生活科學。畢竟,就算冠狀病毒不會空氣傳播,我們很確定流感會、水痘會、麻疹更是會(←麻疹超霸道),還有肺結核和天花(←所幸後者滅絕了,大概吧)。
因此這小知識還是很實用的,讓你以後在公共場合聽到有人咳嗽就會像知道得太多的 Bourouiba 教授本人一樣,疑神疑鬼。 #NightmareFuel
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感謝大家
在攝氏23度及0.992atm下用排水集氣法收集370 mL的氧氣,將此氣體乾燥後在STP狀態下
其體積為?(水的蒸氣壓在攝氏23度時為0.0277atm)
A.329
B.350
C.450
D.520
答案A
我寫B
算法:
370*(1/(0.992-0.0277))*((0+273)/(23+273))
=氣體體積*((0.992 atm-0.0277 atm蒸氣壓)*(絕對溫度0+273/絕對溫度23+273))
=354
概念是
先算出收集到的氧氣壓力
再依溫度、壓力(S.T.P.)的條件去計算體積
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後來想說可能是沒考慮到氣體乾燥,加上計算水氣分壓和氧氣分壓
354*(0.9643/0.992)=344
離標準答案329的數值還是相差甚遠......
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※ 編輯: isokiwi (111.71.113.178 臺灣), 11/05/2021 18:20:55
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