A turbulência está em toda parte - no movimento do vento, as ondas do oceano e até os campos magnéticos no espaço. Também pode ser visto em fenômenos mais transitórios, como fumaça saindo de uma chaminé, ou uma tosse.

Compreender este último tipo de turbulência - chamado turbulência de sopro - é importante não apenas para o avanço da ciência fundamental, mas também para medidas práticas de saúde e ambientais, como calcular a distância que as gotículas da tosse irão viajar, ou como os poluentes liberados por uma chaminé ou cigarro podem se dispersar nas redondezas. Mas criar um modelo completo de como as nuvens turbulentas de gases e líquidos se comportam tem se mostrado ilusório.

"A própria natureza da turbulência é caótica, então é difícil prever, "disse o professor Marco Edoardo Rosti, que lidera a Unidade de Fluidos e Fluxos Complexos da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST). "Puff turbulence, que ocorre quando a ejeção de um gás ou líquido no meio ambiente é interrompida, ao invés de contínuo, tem características mais complicadas, então é ainda mais desafiador estudar. Mas é de vital importância - especialmente agora para compreender a transmissão aérea de vírus como o SARS-CoV-2. "

Até agora, a teoria mais recente foi desenvolvida na década de 1970, e focado na dinâmica de uma baforada apenas na escala da própria baforada, como o quão rápido ele se moveu e como se espalhou.

O novo modelo, desenvolvido em uma colaboração entre o Prof. Rosti da OIST, Japão e Prof. Andrea Mazzino da Universidade de Genova, na Itália, baseia-se nesta teoria para incluir como flutuações mínimas dentro do sopro se comportam, e como as dinâmicas de grande e pequena escala são afetadas pelas mudanças de temperatura e umidade. Suas descobertas foram publicadas em Cartas de revisão física em 25 de agosto de 2021.

Interessantemente, os cientistas descobriram que em temperaturas mais baixas (15 ° C ou menos), seu modelo desviou-se do modelo clássico para turbulência.

No modelo clássico, a turbulência reina suprema - determinando como todos os pequenos redemoinhos e redemoinhos dentro do fluxo se comportam. Mas uma vez que as temperaturas caíram, a flutuabilidade começou a ter um impacto maior.

"O efeito da flutuabilidade foi inicialmente muito inesperado. É uma adição completamente nova à teoria das baforadas turbulentas, "disse o Prof. Rosti.

A flutuabilidade exerce um efeito quando o gás ou líquido está muito mais quente do que a temperatura do ambiente ao redor para o qual é liberado. O gás ou fluido quente é muito menos denso do que o gás frio ou fluido do ambiente, e, portanto, o puff sobe, permitindo que ele viaje mais longe.

"A flutuabilidade gera um tipo muito diferente de turbulência - você não só vê mudanças no movimento em grande escala do sopro, mas também mudanças nos movimentos minuciosos dentro do sopro, "disse o Prof. Rosti.

Os cientistas usaram um supercomputador poderoso, capaz de resolver o comportamento do sopro em grande e pequena escala, para fazer simulações de baforadas turbulentas, que confirmou sua nova teoria.

O novo modelo agora pode permitir aos cientistas prever melhor o movimento das gotículas no ar que são liberadas quando alguém tosse ou fala sem máscara.

Enquanto as gotas maiores caem rapidamente no chão, alcançando distâncias de cerca de um metro, gotículas menores podem permanecer no ar por muito mais tempo e viajar mais longe.

"A rapidez com que as gotículas evaporam - e, portanto, quão pequenas são - depende da turbulência, que por sua vez é afetado pela umidade e temperatura do ambiente, "explicou o Prof. Rosti." Agora podemos começar a tirar essas diferenças nas condições ambientais, e como eles afetam a turbulência, em consideração ao estudar a transmissão viral pelo ar. "

Próximo, os pesquisadores planejam estudar como os puffs se comportam quando feitos de fluidos não newtonianos mais complicados, onde a facilidade com que o fluido flui pode mudar dependendo das forças sob o qual está sujeito.

"Para COVID, isso pode ser útil para estudar espirros, onde fluidos não newtonianos, como saliva e muco, são expelidos à força, "disse o Dr. Rosti.