Datorsimuleringar har använts med stor framgång de senaste månaderna för att visualisera spridningen av COVID-19-viruset i en mängd olika situationer. I Vätskors fysik , forskare förklarar hur turbulens i luften kan skapa överraskande och kontraintuitivt beteende hos utandade droppar, potentiellt laddad med virus.

Utredare från University of Florida och Lebanese American University genomförde detaljerade datorsimuleringar för att testa en matematisk teori som de utvecklat tidigare. De fann att nästan identiska utandningar kunde spridas i olika riktningar när små initiala variationer avsevärt förstärks av turbulens. Detta är den så kallade fjärilseffekten.

Utredarna kallar volymen utandningsluft i en hosta eller nysning för en bloss. De fann att de flesta vätskedroppar som potentiellt kan innehålla virus finns kvar i puffen när den sprider sig. Dock, ett litet antal droppar kastas ut från puffen med nästan ballistiska hastigheter, kraftigt överskrider större delen av utandningsluften.

De droppar som skjuter ut ur puffen som kulor är större än normen, medan de som finns kvar inom puffen är mindre. Dessutom, författarna fann att den del av puffen som gick framåt med högre hastighet skulle dra några droppar med sig. Denna turbulensinducerade mekanism ger en förklaring till varför utsprutade droppar ibland går så långt från källan.

"En av våra intressanta upptäckter var att en liten del av luftpusten kunde lossna, ", sa författaren Nadim Zgheib. "Den fristående delen liknar en virvelringliknande struktur och avancerar relativt snabbt längs en riktning som avviker något från flödesriktningen."

De avskalade delarna är ringformade, låter de separerade luftfickorna avancera med högre hastighet, potentiellt sprida farliga virusfyllda droppar över ett stort område.

"Vi märkte att mitten av den separerade puffen är praktiskt taget tom på några droppar, " sa författaren Jorge Salinas.

Den riktning som denna fristående del rör sig kan inte förutsägas. Flera körningar avslöjade att fristående fickor med virusladdad luft kunde färdas i många riktningar, nå stora avstånd från den potentiellt smittade personen.

Medan droppar dras med av den avskalade luftfickan, andra förblir strandade i puffens huvudkropp. Tätheten av dessa droppar är betydligt högre än den omgivande luften, så de tenderar att slå sig ner under gravitationen och så småningom landa på marken eller ytor nedanför.