Каждый день мы вдыхаем миллионы невидимых частиц — пыль, сажу, микропластик, вирусы. Они незаметно парят в воздухе и часть из них способна проникать глубоко в легкие и даже в кровоток, повышать риск инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний и рака. Особенно коварны наночастицы неправильной формы — они движутся иначе, чем предполагали классические модели, и долго ускользали от точных расчетов.
Почти все существующие формулы исходили из того, что частицы идеальны, как микроскопические шары. В реальности они редко бывают такими. Из-за этого моделировать их поведение было сложно, а прогнозы загрязнения воздуха — неточны.
Ученые из Уорикского университета предложили первый простой и предсказуемый способ рассчитать, как ведут себя в воздухе частицы любой формы. В основе нового метода — возвращение к старой идее начала XX века, так называемому поправочному коэффициенту Каннингема. Еще сто лет назад он объяснял, почему микрочастицы движутся не так, как велят классические уравнения. Профессор Дункан Локерби переосмыслил этот подход и придал ему современную форму.
Основой прорыва стал «тензор коррекции», инструмент, позволяющий учесть все силы, действующие на частицу — будь она сферой, эллипсоидом или крошечной пластинкой. Модель избавляет от эмпирических подгонок и делает расчеты точными для любых форм. Теперь можно описать движение несферических наночастиц — тех, что чаще всего связаны с загрязнением воздуха и риском для здоровья.
Новый метод может стать основой для более точных прогнозов качества воздуха и распространения загрязнений — от смога и микропластика до дыма лесных пожаров. Он поможет создавать надежные модели климата, проектировать безопасные наноматериалы и системы доставки лекарств.
Чтобы проверить теорию, Инженерная школа Уорика строит установку, где можно будет наблюдать, как реальные частицы ведут себя в потоках воздуха. Так столетняя формула получит вторую жизнь — уже как инструмент, соединяющий классику физики с вызовами экологии и медицины XXI века.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Индии пытаются вызвать дождь для очистки воздуха.
