苏澄宇
我们都知道,呼吸道疾病患者很可能会通过打喷嚏或咳嗽传染他人,但喷嚏到底能喷多远呢?
2014年,有科学家做了这样的实验。
科学家Lydia Bourouiba利用高速视频解析了打喷嚏和咳嗽时产生的流场,并用数学模型计算出了两者的传播距离。结果可能让你大吃一惊!
打喷嚏和咳嗽时喷出来的是什么?
打喷嚏和咳嗽开始于深呼吸,此时肺部的空气被压缩,最后,吸入的空气在几分之一秒内被肺压出来。
打喷嚏和咳嗽时喷出的东西不止有气体,还有液滴,液滴的大小在100微米(大约相当于人类头发丝的直径)以下。
打喷嚏和咳嗽时,肺部、支气管、气管内黏附的体液会被一并带出,喷涌出数万个小液滴。在重力的作用下,一些较大的液滴会很快落到地板上;较小的液滴(直径小于等于5微米的液滴)则会飞得比较远,而且会形成气溶胶,随着气流扩散开来(具体扩散范围取决于湿度、温度和通风情况等)。这时,大量的病毒和细菌就会随着这些小液滴一起传播开来。
科学家是如何观察打喷嚏和咳嗽时气体的流动的呢?
气溶胶很小,人的肉眼很难看清,所以科学家用了两个摄像机和多个光源,在高帧率下拍摄打喷嚏和咳嗽时的细节,最后慢速播放观察,建立数学模型。
实验中,科学家招募了10名健康的志愿者,让他们站在摄像机前方,施加刺激,使他们忍不住打喷嚏和咳嗽,然后通过高速摄像机捕捉打喷嚏和咳嗽时的瞬间。
通过慢速播放的视频,我们可以看到打喷嚏和咳嗽的过程。在这個过程中,可以看到液滴组成的高密度喷射物,科学家称之为“云”。
较大的液滴不受气相流动的影响,下坠速度较快,喷射距离比较近,在1米范围内;而较小的液滴会以不同程度的湍流气云悬浮,喷射距离较远。
在喷射过程中,这团“云”会将周围的空气卷入,所以“云”的体积会不断增大,但速度也会逐渐减慢。
通过大量测量,然后将数据输入数学模型,科学家得出结论:打喷嚏时产生的较大液滴可以到达8米外的地方,而咳嗽时产生的液滴可以喷出6米远;打喷嚏和咳嗽时喷出的液滴可以在空中停留长达10分钟。
由此可见,打喷嚏和咳嗽时喷出的液滴,不管是在传播距离还是在空中停留的时间方面都足够长。如果在室内打喷嚏或咳嗽,“云”肯定可以从房间一端飘到另一端。
那么,是不是站在患者的10米开外就不会有问题了呢?并不是。
实验中计算的是均值,有些人肺活量大,液滴的传播距离可能会更远,而一些较小的液滴可能会长时间在空中悬浮(所以室内通风很重要)。这些小液滴最终会落下来,有的落在桌子上,有的落在手机上,有的落在键盘上,有的落在门把手上,有的落在你的手上……你无意中接触到了这些液滴后又不洗手,继而用手触摸口、鼻、眼等,就会在不知不觉中沾染上病毒。
正因为打喷嚏和咳嗽时传播病毒的能力这么强,所以我们有必要戴上口罩。
一位新加坡的科学家做过一个实验:用彩色纹影法成像,观察戴不同类型的口罩对病毒的传播有什么影响。
科学家选择了标准医用外科口罩和N95口罩进行实验,看在规范戴口罩的情况下,不同口罩对呼出物有怎样的阻挡效果。结果发现,戴上医用外科口罩后,虽然咳嗽时产生的绝大多数气体被口罩过滤,但仍会有少量气体从口罩上方和边缘漏出来;而戴N95口罩时气体都会经口罩正前方过滤,不会从口罩边缘漏出。
由此可见,口罩能减少打喷嚏和咳嗽时产生的气溶胶的传播,标准医用外科口罩和N95口罩都有很好的保护效果,N95口罩的保护效果更好。不管怎么样,不戴口罩肯定是很糟糕的,尤其是当你已经出现咳嗽等症状时,更要戴上口罩以阻断病毒传播。
(摘自知乎网,海城楼荐)