Yeni çalışma, 100 yıllık bir formülü güncelleyerek toz, polen, virüs ve mikroplastik gibi düzensiz şekilli parçacıkların havadaki hareketini daha doğru hesaplamayı hedefliyor.



Dünya’da solunan hava, yalnızca azot ve oksijen gibi gazlardan oluşmuyor. Atmosferde toz, polen, virüsler ve mikroplastikler dâhil milyonlarca mikroskobik parçacık da taşınıyor. Bu parçacıkların bir kısmı solunum yoluyla akciğerlerin derinlerine ulaşabilirken, bazıları daha ileri süreçlerde vücutta farklı etkilerle ilişkilendiriliyor.

Dolayısıyla bilim insanları, parçacıkların havada nasıl hareket ettiğini doğru biçimde izleyebilmek istiyor. Bu, yalnızca hava kirliliğini anlamak için değil; iklim modellerinden hastalıkların yayılımını değerlendirmeye, orman yangını dumanının sürüklenmesini öngörmeye kadar pek çok alanda kritik görülüyor.

1910’da Britanyalı bilim insanı Ebenezer Cunningham, küçük parçacıkların gaz içinde maruz kaldığı sürüklenme kuvvetini daha doğru hesaplamaya yardımcı olan “Cunningham düzeltme faktörü”nü geliştirdi. Akışkanlar dinamiğinde önemli bir yer tutan bu yaklaşım, mikroskobik parçacıkların hareketini modellemede uzun süredir kullanılıyor.

Ancak formülün belirgin bir sınırı var: Parçacıkların kusursuz küre şeklinde olduğunu varsayıyor. Oysa mikroplastikler, polenler ya da bazı virüsler gibi pek çok parçacık düzensiz ve küresel olmayan biçimlere sahip. Bu da, modelleme yapılırken ciddi sapmalara yol açabiliyor.



Yeni Çalışma Havadaki Parçacıkların Hareketlerine Yeni Bir Açıklama Getiriyor

Journal of Fluid Mechanics dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, Birleşik Krallık’taki Warwick Üniversitesi’nden matematikçi Duncan Lockerby, Cunningham’in denklemine geri dönerek küresel olmayan parçacıklar için daha genel bir yaklaşım önerdi.

Lockerby, amaçlarının “hangi biçimde olursa olsun parçacıkların havadaki hareketini daha doğru tahmin edebilmek” olduğunu belirterek; bunun hava kirliliği, hastalıkların taşınması ve atmosfer kimyası gibi alanlardaki modelleri iyileştirebileceğini ifade etti.

Cunningham’ın yaklaşımı geçmişte de güncellenmişti. 1920’lerde ABD’li bilim insanı Robert Millikan formülü geliştirmişti. Ancak Lockerby, daha genel bir düzeltmenin atlandığını savunuyor. Bu nedenle “düzeltme tensörü” adını verdiği bir matematiksel çerçeve geliştirdi.

Tensörler genellikle fizik ve matematikte karmaşık ilişkileri tanımlamak için kullanılıyor. Yeni çalışmada önerilen tensör, parçacığın şekline bağlı olarak sürüklenme ve direnç etkilerini hesaba katarak, küresel olmayan parçacıkların havada nasıl ilerleyeceğini daha doğru biçimde tahmin etmeyi hedefliyor.

Atmosfer Modelleri Daha İsabetli Tanımlanabilir

Araştırmacılar, özellikle nano ve mikro ölçekteki parçacıkların hava kirliliğiyle yakından ilişkili olduğunu; bazı çalışmaların bu tür parçacıkları sağlık riskleriyle birlikte değerlendirdiğini hatırlatıyor.

Dolayısıyla parçacık hareketinin daha gerçekçi modellenmesi çevresel sağlık ve aerosol bilimi açısından önemli bir adım olarak görülüyor.

Duncan Lockerby, önerdiği yaklaşımı Warwick Üniversitesi Mühendislik Okulu’nda kurulacak yeni bir aerosol üretim sistemiyle test etmeyi planlıyor. Kontrollü bir ortamda küresel olmayan parçacıkların hareketi ölçülerek ileride atmosfer modellerinin daha isabetli hâle getirilmesi hedefleniyor.



Kaynak: Popular Mechanics