Cientistas finalmente resolvem um mistério de 100 anos no ar que respiramos

Todos os dias, as pessoas inalam milhões de partículas microscópicas, incluindo fuligem, poeira, pólen, microplásticos, vírus e nanopartículas artificiais. Algumas dessas partículas são tão pequenas que podem penetrar profundamente nos pulmões e até entrar na corrente sanguínea. A exposição tem sido associada a sérios problemas de saúde, incluindo doenças cardíacas, derrame e câncer.

A maioria das partículas transportadas pelo ar não possui formas suaves ou simétricas. No entanto, os modelos matemáticos tradicionais geralmente assumem que essas partículas são esferas perfeitas porque as formas esféricas tornam as equações mais fáceis de resolver. Esta simplificação limita a capacidade dos cientistas de acompanhar com precisão o comportamento das partículas do mundo real, especialmente aquelas com formas irregulares que podem representar maiores riscos para a saúde.

Revivendo uma equação centenária para a ciência moderna

Um pesquisador da Universidade de Warwick introduziu agora o primeiro método simples que pode prever como partículas de praticamente qualquer formato se movem no ar. O estudo, publicado em Jornal de corredeiras de mecânica de fluidosatualiza uma fórmula com mais de 100 anos e aborda uma grande lacuna na ciência dos aerossóis.

O autor do artigo, Professor Duncan Lockerby, da Escola de Engenharia da Universidade de Warwick, disse: “A motivação era simples: se pudermos prever com precisão como as partículas de qualquer forma se movem, poderemos melhorar significativamente os modelos de poluição do ar, transmissão de doenças e até mesmo química atmosférica. Esta nova abordagem baseia-se num modelo muito antigo – que é simples, mas poderoso – tornando-o aplicável a partículas complexas e de formato irregular. “

Corrigindo um descuido importante na física dos aerossóis

A inovação veio de uma nova análise de uma das ferramentas fundamentais da ciência dos aerossóis, conhecida como fator de correção de Cunningham. Introduzido pela primeira vez em 1910, o fator de correção foi projetado para explicar como as forças de arrasto em partículas minúsculas diferem do comportamento clássico dos fluidos.

Na década de 1920, o ganhador do Prêmio Nobel, Robert Millikan, refinou a fórmula. Durante esse processo, uma correção mais simples e geral foi esquecida. Por causa disso, versões posteriores da equação permaneceram restritas a partículas perfeitamente esféricas, limitando sua utilidade em condições do mundo real.

O trabalho do Professor Lockerby reestrutura a ideia original de Cunningham numa forma mais ampla e flexível. A partir desta estrutura revisada, ele introduz um “tensor de correção” – uma ferramenta matemática que explica o arrasto e a resistência que atuam em partículas de qualquer formato, incluindo esferas e discos finos. É importante ressaltar que o método não depende de parâmetros de ajuste empíricos.

O professor Duncan Lockerby acrescentou:”Este artigo trata de recuperar o espírito original do trabalho de Cunningham de 1910. Ao generalizar o seu fator de correção, podemos agora fazer previsões precisas para partículas de quase qualquer forma – sem a necessidade de simulações intensivas ou ajustes empíricos.

“Ele fornece a primeira estrutura para prever com precisão como as partículas não esféricas viajam pelo ar, e uma vez que essas nanopartículas estão intimamente ligadas à poluição do ar e ao risco de câncer, este é um importante passo em frente tanto para a saúde ambiental quanto para a ciência dos aerossóis.”

O que isso significa para a pesquisa sobre poluição, clima e saúde

O novo modelo oferece uma base mais sólida para a compreensão de como as partículas transportadas pelo ar se movem através de uma ampla gama de campos científicos. Isso inclui monitoramento da qualidade do ar, modelagem climática, nanotecnologia e medicina. A abordagem poderia melhorar as previsões de como a poluição se espalha pelas cidades, como a fumaça dos incêndios florestais ou as cinzas vulcânicas viajam pela atmosfera e como as nanopartículas projetadas se comportam em aplicações industriais e médicas.

Para expandir este trabalho, a Escola de Engenharia de Warwick investiu em um novo sistema de geração de aerossóis de última geração. A instalação permitirá aos pesquisadores criar e estudar de perto uma ampla variedade de partículas não esféricas sob condições controladas, ajudando a validar e refinar o novo método preditivo.

O professor Julian Gardner, da Escola de Engenharia da Universidade de Warwick, que está colaborando com o professor Lockerby, disse: “Esta nova instalação nos permitirá explorar como as partículas transportadas pelo ar no mundo real se comportam sob condições controladas, ajudando a traduzir este avanço teórico em ferramentas ambientais práticas.”