Фізик зі США побудував першу механічну модель миття рук. У рамках простого наближення він показав, що ефективність миття залежить від швидкості руху рук відносно один одного і від часу самого процесу. Результати його моделювання якісно збіглися з рекомендаціями ВООЗ, згідно з якими мити руки слід не менше 20 секунд. Дослідження опубліковано в.
Миття рук на сьогоднішній день представляється найбільш економічним і ефективним методом для боротьби з поширенням інфекцій, в тому числі і COVID-19. Недавнє дослідження показало, що миття рук 6-10 разів на день відчутно зменшує ризик зараження коронавірусною інфекцією.
Незважаючи на 170-річну історію цієї процедури, фізики жодного разу не цікавилися тим, як це відбувається. Можливо, це пов'язано з простотою процесу миття, який інтуїтивно здається зрозумілим і не потребує вивчення. Зазвичай, вивчаючи миття рук, вчені фокусуються на хімічній стороні процесу, не в останню чергу через те, що такі дослідження часто фінансують великі компанії, що виробляють миючі засоби. Однак за доставку хімічного агента до патогенів на поверхні рук відповідають закони гідродинаміки, і тому дослідження в цій області також необхідні.
Закрити цю прогалину вирішив доктор Пол Хаммонд (Paul Hammond), директор американської компанії Hammond Consulting Limited. Він побудував найпростішу механічну модель миття рук, рішення якої можуть бути обчислені аналітично. Для цього він застосував добре відому в гідродинаміці теорію мастила, в рамках якої розглядається рух рідини в тонкому шарі між двома стінками (в даному випадку роль стінок виконують долоні).
Долоні фізик описав як поверхні, що володіють періодичною хвилеподібною формою, щоб змоделювати їх неоднорідний рельєф. У западинах долонь концентрується найбільша кількість вірусних частинок, і рух долонь відносно один одного покликаний видалити їх звідти за рахунок потоків рідини. Примітно, що це не єдиний механізм очищення: частинки також видаляються за рахунок сухого контакту точок поверхні долонь один з одним, проте через їх складну форму такий механізм вносить досить малий внесок.
У рамках запропонованої моделі на частинку, що знаходиться поблизу стінки, діє короткодіюча сила тяжіння. З іншого боку, частинка не може проникнути під шкіру, і на зовсім коротких відстанях виникає відштовхування. Таким чином формується потенційна яма для частинки, яка утримує її біля поверхні.
Фізик почав обчислення з вирішення рівнянь на швидкість потоку в наближенні теорії мастила. Знаючи розподіл швидкостей в рідині, він вирахував сили, які діють на частинку з боку потоку. Автор використовував ці сили, щоб змоделювати траєкторію частинки з часом і зрозуміти, як ймовірність покинути потенційну яму залежить від часу і параметрів моделі.
В результаті розрахунків фізик виявив, що ця ймовірність має пороговий характер. Зокрема, частинки будуть видалятися, якщо зазор долонями буде досить малий, шорсткість досить велика, а, головне, буде достатньою швидкість руху поверхонь відносно один одного. Однак навіть у цьому випадку процес видалення частинки не швидкий і вимагає деякого часу. Зокрема, оцінка часу ефективного миття рук, отримана автором, за порядком величини збіглася з рекомендацією ВООЗ, яка становить 20 секунд.
У висновку роботи вчений підкреслює, що запропонована ним модель - одна з найпростіших у гідродинаміці. У частості, в ній не враховується інерція рідини і броунівський рух частинки. Незважаючи на це результати моделювання непогано співвідносяться з практичними рекомендаціями і будуть корисні для комбінованого аналізу того, наскільки ефективне використання хімічних речовин при митті рук.
Закони гідродинаміки відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності організмів. Ми вже писали раніше, як фізики пояснили плавучість мікроорганізмів і описали плавання, пірнання і політ в рамках однієї моделі.