Ученые из Уорикского университета (Великобритания) решили давнюю проблему в науке о загрязнении воздуха, научившись точно предсказывать движение наночастиц неправильной формы. До недавнего времени большинство моделей для упрощения расчетов рассматривали такие частицы — от сажи и микропластика до вирусов — как идеальные сферы. Однако новая методика, основанная на переработке столетней формулы, позволяет учитывать реальную геометрию объектов, что критически важно для оценки рисков для здоровья.
Каждый день человек вдыхает миллионы микроскопических частиц, многие из которых способны проникать глубоко в легкие и даже попадать в кровоток. Это может приводить к серьезным заболеваниям, включая болезни сердца и рак. Проблема заключалась в том, что традиционные математические модели игнорировали сложную форму этих частиц, что снижало точность прогнозов их распространения и воздействия на организм.
Прорыв стал возможен благодаря пересмотру поправочного коэффициента Каннингема, введенного еще в 1910 году. Этот инструмент был создан для объяснения того, как сила сопротивления воздуха действует на мельчайшие объекты. В 1920-х годах нобелевский лауреат Роберт Милликен уточнил формулу, но при этом упустил более простое и универсальное решение, из-за чего уравнения остались применимы только к сферам.
Профессор Дункан Локерби из инженерной школы Уорикского университета вернулся к истокам и предложил обновленную версию коэффициента. Он ввел понятие «тензора коррекции» — математического инструмента, который учитывает сопротивление воздуха для частиц любой формы, будь то сферы или плоские диски. «Эта работа возвращает нас к оригинальному духу исследований Каннингема. Обобщая его поправочный коэффициент, мы теперь можем делать точные прогнозы для частиц практически любой формы — без необходимости в трудоемких симуляциях», — пояснил профессор.
Новый подход открывает широкие перспективы для экологии, климатологии и медицины. Он поможет точнее моделировать распространение смога в городах, движение вулканического пепла или дыма от лесных пожаров, а также поведение искусственных наночастиц. Для подтверждения теоретических выкладок университет уже инвестировал в создание современной системы генерации аэрозолей, которая позволит изучать поведение реальных частиц в контролируемых условиях.