La turbulencia está en todas partes:en el movimiento del viento, las olas del océano e incluso los campos magnéticos en el espacio. También se puede ver en fenómenos más transitorios, como humo saliendo de una chimenea, o una tos.

Comprender este último tipo de turbulencia, llamado turbulencia de soplo, es importante no solo para el avance de la ciencia fundamental, sino también para medidas prácticas de salud y medio ambiente, como calcular qué tan lejos viajarán las gotas de tos, o cómo los contaminantes liberados por una chimenea o un cigarrillo podrían dispersarse en los alrededores. Pero la creación de un modelo completo de cómo se comportan las turbulentas bocanadas de gases y líquidos ha resultado difícil de alcanzar.

"La naturaleza misma de la turbulencia es caótica, así que es difícil de predecir "dijo el profesor Marco Edoardo Rosti, quien dirige la Unidad de Fluidos y Flujos Complejos en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). "Soplo de turbulencia, que ocurre cuando se interrumpe la expulsión de un gas o líquido al medio ambiente, en lugar de continuo, tiene características más complicadas, por lo que es aún más desafiante estudiar. Pero es de vital importancia, especialmente en este momento para comprender la transmisión aérea de virus como el SARS-CoV-2 ".

Hasta ahora, la teoría más reciente se desarrolló en la década de 1970, y se centró en la dinámica de una bocanada solo a la escala de la bocanada en sí, como lo rápido que se movió y lo ancho que se extendió.

El nuevo modelo, desarrollado en colaboración entre el Prof. Rosti de OIST, Japón y el Prof. Andrea Mazzino de la Universidad de Génova en Italia, se basa en esta teoría para incluir cómo se comportan las fluctuaciones mínimas dentro de la bocanada, y cómo las dinámicas tanto a gran escala como a pequeña escala se ven afectadas por los cambios de temperatura y humedad. Sus hallazgos fueron publicados en Cartas de revisión física el 25 de agosto de 2021.

Curiosamente, los científicos encontraron que a temperaturas más frías (15 ° C o menos), su modelo se desvió del modelo clásico de turbulencia.

En el modelo clásico, la turbulencia reina suprema, determinando cómo se comportan todos los pequeños remolinos y remolinos dentro del flujo. Pero una vez que las temperaturas bajaron, la flotabilidad comenzó a tener un mayor impacto.

"El efecto de la flotabilidad fue inicialmente muy inesperado. Es una adición completamente nueva a la teoría de los soplos turbulentos, "dijo el profesor Rosti.

La flotabilidad ejerce un efecto cuando la bocanada de gas o líquido es mucho más cálida que la temperatura del entorno inmediato en el que se libera. El gas o fluido caliente es mucho menos denso que el gas o fluido frío del ambiente, y por lo tanto sube la bocanada, lo que le permite viajar más lejos.

"La flotabilidad genera un tipo de turbulencia muy diferente; no solo se ven cambios en el movimiento a gran escala del soplo, pero también cambios en los movimientos diminutos dentro de la bocanada, "dijo el profesor Rosti.

Los científicos utilizaron una poderosa supercomputadora, capaz de resolver el comportamiento de la bocanada a gran y pequeña escala, para ejecutar simulaciones de bocanadas turbulentas, que confirmó su nueva teoría.

El nuevo modelo ahora podría permitir a los científicos predecir mejor el movimiento de las gotas en el aire que se liberan cuando alguien tose o habla desenmascarado.

Mientras que las gotas más grandes caen rápidamente al suelo, alcanzando distancias de alrededor de un metro, las gotas más pequeñas pueden permanecer en el aire durante mucho más tiempo y viajar más lejos.

"La rapidez con que se evaporan las gotas y, por tanto, su tamaño, depende de la turbulencia, que a su vez se ve afectado por la humedad y temperatura del entorno, ", explicó el profesor Rosti." Ahora podemos empezar a tomar estas diferencias en las condiciones ambientales, y cómo afectan la turbulencia, en consideración al estudiar la transmisión viral aerotransportada ".

Próximo, los investigadores planean estudiar cómo se comportan las bocanadas cuando están hechas de fluidos no newtonianos más complicados, donde la facilidad con que fluye el fluido puede cambiar dependiendo de las fuerzas a las que se somete.

"Para COVID, esto podría ser útil para estudiar estornudos, donde los fluidos no newtonianos como la saliva y el moco se expulsan con fuerza, "dijo el Dr. Rosti.