Лазер допоміг побачити бризки при змиві унітаза

Фізики поекспериментували з лазерами над унітазом, щоб оцінити, як розлітаються аерозольні частинки від змивання води. З'ясувалося, змив у туалеті створює потужний хаотичний струмінь швидкістю у 2 метри на секунду, що переносить частинки на висоту до півтора метра. А з ними може переносити і патогени, що могли бути у вмісті унітаза перед змиванням. Вчені сподіваються, що їхнє дослідження допоможе покращити стратегії з дезінфекції. Робота опублікована у журналі Scientific Reports.

Розлітання частинок, підсвічених лазером. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Розлітання частинок, підсвічених лазером. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Навіщо вивчати злив води в туалеті?

Змивання води у туалеті є потенційним джерелом передавання інфекційних хвороб, адже під час цього утворюються аерозолі, в частинки яких може потрапляти біоматеріал разом з патогенами. Так можуть передаватися такі хвороби як SARS-CoV-2, грип чи норовірусна інфекція, які потраплять разом з аерозолями з унітазу на поверхні вбиральні. Наприклад, відомий випадок поширення вірусного гастроентериту на круїзному лайнері, де рівень захворюваності пов'язали зокрема із кількістю пасажирів, що відвідували громадські вбиральні на борту, а не мали окрему ванну кімнату.

Турбулентний потік крапель і аерозольних частинок від змивання води в туалеті може досягати півтора метра, але якщо більші краплі осідають на поверхнях за кілька секунд, то аерозольні частинки розмірами до 5 мікрометрів лишаються у повітрі довше. І у своїй роботі дослідники з Колорадського університету у Боулдері вирішили візуалізувати та кількісно оцінити кінематику поширення аерозолів під час змивання води у типовому для американських громадських вбиралень унітазі.

Отримані вченими після змивання знімки за разні проміжки часу.  John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Отримані вченими після змивання знімки за разні проміжки часу. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Як фізики оцінювали потік частинок?

Щоб можна було наочно побачити, що відбувається після натискання кнопки змиву, фізики встановили перед унітазом лазер та пару камер збоку. Безперервна дія лазера дозволила відстежити поширення аерозолів, частинки яких розсіювали лазерне випромінювання, що фіксувала камера. Раніше дослідження показували, що кількість аерозольних частинок корелює з рівнями потенційних патогенів, тож вчені розраховують, що інтенсивність розсіяного на зображеннях світла також буде корелювати з цим показником.

Схема експерименту вчених. Використаний унітаз упирається у стінку, а змив розрахований на 6 літрів води.  John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Схема експерименту вчених. Використаний унітаз упирається у стінку, а змив розрахований на 6 літрів води. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

А використання лічильника частинок і лазерних імпульсів тривалістю по 5 наносекунд кожні 100 мілісекунд допомогло у кількісній оцінці аерозольних шлейфів. Так науковці змогли спостерігати за зміною форми шлейфу з часом, напрямком його поширення, а також оцінити розміри частинок, підрахувати їхню кількість і виміряти швидкість перенесення їх з унітаза.

Після змивання води треба тікати від унітаза?

Результати експериментів вчених показали, що потік частинок демонструє струменеву поведінку зі швидкістю у метр на секунду і вище, що дозволяє аерозольним частинкам ефективно розсіюватися за межі унітаза після змивання. Найщільніша область частинок, що може містити найвищу концентрацію патогенів, здійнялась приблизно за 5,5 секунди. Лічильник частинок показав, що більшість частинок мали діаметри від 0,3 до 1 нанометра, а за 7,5 секунди вони досягали висоти у півтора метра, де за 30 секунд розсіювалися далі.

Розподіл розлітання частинок за розмірами після змивання води у туалеті..  John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Розподіл розлітання частинок за розмірами після змивання води у туалеті.. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Автори роботи проводили свої дослідження із чистою водою та зазначають, що на поширення частинок може вплинути вміст унітаза як-то екскременти і туалетний папір. Однак вчені сподіваються, що їхня робота, а також запропонований ними метод візуалізації аерозолів, допоможе покращити методи дезінфекції, а також конструкції вбиралень із, можливо, іншим підходом до змивання води.

Напрямки розлітання частинок та їхня швидкість.  John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Напрямки розлітання частинок та їхня швидкість. John P. Crimaldi et al. / Scientific Reports, 2022

Також раніше ми розповідали, як фізику вдалося побудувати гідродинамічну модель процесу миття рук. Вона показала, що рекомендація робити це близько 20 секунд не безпідставна, а дійсно за цей час можна змити з рук забруднення.

Вбиральні у науці

💩🎙️Вчені навчили нейромережу на слух виділяти з усіх звуків, які можна почути у вбиральні, саме діарею. Це сподіваються використати для відстеження спалахів холери, симптомом якої є діарея

🧻🐄А привчені ходити у туалет телята знизять кількість викидів парникових газів