เปรียบเทียบปริมาตรกลุ่มควันการไอของการไม่สวมและสวมหน้ากากอนามัย

            ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2020 สถานการณ์การระบาดทั่วของไวรัสโคโรนาไม่ได้ลดความรุนแรงลง กลับกันได้ทำสถิติใหม่ทั้งจำนวนผู้ติดเชื้อรายวัน และผู้เสียชีวิตรายวันในทั่วโลก มนุษย์อยู่กับ covid-19 มาหลายเดือนแล้ว เราเริ่มทำความรู้จักกับมันมากขึ้น มีงานวิจัยเกี่ยวข้องกับไวรัสชนิดนี้จำนวนมาก ซึ่งแต่ละงานวิจัยก็ทำให้เราทราบถึงคุณสมบัติของไวรัสชนิดนี้และการระบาดของมัน ซึ่งหนึ่งในงานวิจัยที่น่าสนใจและเป็นประโยชน์คืองานวิจัยของ Agrawal และ Bhardwaj ที่คำนวณปริมาตรกลุ่มควันการไอ (cough cloud) เทียบระหว่างการสวมหน้ากากอนามัยชนิดต่างๆและการไม่สวมหน้ากากอนามัย ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากในการคำนวณจำนวนผู้คนสูงสุดที่สามารถอยู่รวมกันในพื้นที่ปิด การคำนวณอัตราการหมุนเวียนขั้นต่ำของอากาศในพื้นที่ปิด ที่ปลอดภัยต่อการแพร่ระบาดของ covid-19 


          Amit Agrawal และ Rajneesh Bhardwaj ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยเรื่อง “Reducing chances of COVID-19 infection by a cough cloud in a closed space” ลงในวารสาร Physics of Fluids เมื่อวันที่ 20 ตุลาคม ค.ศ. 2020 โดยวารสารอุทิศให้กับการตีพิมพ์ผลงานวิจัยต้นฉบับเกี่ยวกับทฤษฎีและการทดลองที่เกี่ยวกับพลศาสตร์ของแก๊ส ของเหลว และของไหล ซึ่งการที่เราเข้าใจเรื่องเหล่านี้จะทำให้เราเข้าใจเรื่องการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัสในอากาศได้ 


          มีงานวิจัยหลายชิ้นพบว่าไวรัส SARS-CoV-2 นั้นมีการแพร่กระจายเชื้อทางอากาศ (airborne) กลุ่มควันที่สร้างมาจากการไอของมนุษย์สามารถสร้างเป็นแบบจำลองของการพ่นที่มีโมเมนตัมเริ่มต้น (initial momentum) ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของการไอหรือแรงขับเคลื่อน (driving force) การวิเคราะห์โมเมนตัมเริ่มต้นและการลอยตัว (buoyancy) ของกลุ่มควันการไอจะทำให้เราทราบระยะห่างที่ปลอดภัยของมนุษย์เพื่อป้องกันการระบาด แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์พบว่าในที่ที่มีความเร็วลมระหว่าง 4-15 กิโลเมตรต่อชั่วโมง กลุ่มควันการไอสามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกลถึง 6 เมตร           งานวิจัยชิ้นนี้ของ Agrawal และ Bhardwaj ได้นำเสนอแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของพลศาสตร์ของไหล อุณหพลศาสตร์ของกลุ่มควันการไอ โดยใช้ข้อมูลผลการทดลองของงานวิจัยชิ้นอื่นๆ โดยพบว่าปริมาตรของกลุ่มควันที่เข้าไปผสมกับอากาศนั้นสามารถสร้างสมการได้เป็น

 

           สิ่งสำคัญที่สมการ (1)-(2) บอกเราคือปริมาตรของกลุ่มควันที่เข้าไปผสมกับอากาศหลังจากที่เราไอหรือจามนั้นขึ้นอยู่กับสองปัจจัยสำคัญคืออัตราการแพร่กระจายและระยะทางที่กลุ่มควันเคลื่อนที่ไปได้ สมการนี้ยังบอกเราว่ามันเป็นอิสระต่อความเร็วเริ่มต้นและปริมาตรเริ่มต้นของการไอหรือจามซึ่งเป็นเรื่องที่น่าสนใจมาก งานวิจัยนี้ยังพบอีกว่าปริมาตรของกลุ่มควันการไอเมื่อผู้ไอไม่สวมหน้ากากอนามัยมากขึ้นเป็น 7 เท่าเทียบกับเมื่อสวมหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ (surgical mask) และมากขึ้นถึง 23 เท่าเมื่อเทียบกับเมื่อสวมหน้ากาก N95 จะเห็นได้ว่าหน้ากาก N95 ช่วยลดปริมาตรของกลุ่มควันการไอได้มีประสิทธิภาพมาก            งานวิจัยยังนำเสนอจำนวนฝอยละอองขนาดใหญ่ (droplet) เฉลี่ยตามขนาดจากการไอ ตำแหน่งด้านหน้าของกลุ่มควันการไอเป็นฟังก์ชันของเวลาเทียบเป็น 3 กรณีคือไม่สวมหน้ากากอนามัย สวมหน้ากากอนามัยทางการแพทย์และสวมหน้ากาก N95 และปัจจัยอื่นที่เกี่ยวข้องเช่นความชื้นสัมพัทธ์และอุณหภูมิของอากาศก็มีผลต่อระยะทางการเคลื่อนที่ของกลุ่มควันการไอด้วย เป็นต้น           งานวิจัยนี้ได้นำเสนอข้อมูลที่เป็นประโยชน์หลายอย่าง ผู้เขียนหวังว่าการนำเสนอบทความวิจัยนี้จะช่วยให้เราเข้าใจและช่วยเราในการรับมือกับการระบาดทั่วของไวรัสโคโรนาได้

 

อ้างอิง

• Agrawal, A., & Bhardwaj, R. (2020). Reducing chances of COVID-19 infection by a cough cloud in a closed space. Physics of Fluids, 32(10), 101704.
• Prasanna Simha, P., & Mohan Rao, P. S. (2020). Universal trends in human cough airflows at large distances. Physics of Fluids, 32(8), 081905.
• https://www.iflscience.com/health-and-medicine/covid19-cough-clouds-and-how-they-travel-in-closed-spaces-mapped/
• https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-10/aiop-ccc101920.php
• https://phys.org/news/2020-10-covid-clouds-presence-absence-masks.html