為什麼冬天呼吸道疾病容易傳染？（一方面是）因為飛沫飛得更遠。麻省理工物理教授呂迪亞．波茹以芭（Lydia Bourouiba）2014 年的研究。
　
我在某新浪網新聞看到這個。原始論文可以從 Google 學術搜尋取得全文，或者某個你或許知道的地方，詳見文末 Ref。
　
論文很長，因為學術要求不忘本，所以花費很多篇幅 include 先前該領域的文獻（流體物理——液滴、氣溶膠的方面以及流行病學的方面），還得一五一十說清楚她的實驗配置與資訊分析方法（以利他人複製檢查結論）。
　
但總之就是，教授她用高速攝影機的影像，透過電腦分析影像資料，研究了人打噴嚏之後，口沫會怎麼橫飛。
　
我直接殺到讓我自己恍然大悟的亮點：
　
為什麼冬天容易傳染各種飛沫傳染的疾病呢？說來簡單，因為冬天飛沫飛更遠。
　
去年我在 每日一冷〈為什麼雲不會掉下來〉那篇寫得不算精緻的文章裡，就涵蓋到解謎的所有關鍵而不自知。要多虧波茹以芭教授實際的觀測與分析，讓其中的物理更加一清二楚。
　
冬天環境空氣冷又乾，密度大。但從人肉色的肺裡出來的氣體，又溫又潮濕。我們都知道熱空氣的密度小，但其實濕度高的空氣密度也小——詳細理由是「道爾吞氣體分壓定率」：水的分子量 18 比空氣的 28.8 小。又溫又潮濕的噴嚏就輕上加輕，在相對重的冬天冷空氣中會上浮。
　
一口噴嚏中含有各種半徑的口沫液滴，大的液滴在高速運動中破裂為小液滴。因為空氣阻力與重力，液滴越大降落越快，液滴越小降落越慢。
　
物體的 #終端速度 估算公式為 v = √( 2W / (C.ρ.A) )，W 為重量，A為截面積，ρ為密度，C為與形狀有關的常數。若液滴半徑為 r，因為 W ∝ r³、A ∝ r²，因此 v ∝ √ r 。白話文，終端速度和半徑的平方根成正比。
　
於是極小的液滴在上升氣流中就不只不太會掉落，甚至會跟著氣流被往上帶。
　
於是，溫熱潮濕的噴嚏就形成了一朵雲。論文中稱為 cough cloud（但她實驗的對象確實是搔搔鼻子打噴嚏，並不是咳嗽）。冬天的室內便成為傳染病的溫床。
　
波茹以芭教授在 Science Friday 這個節目（→ youtu.be/-pGudblk8Ok?t=171，內含實驗影片）的採訪中提到，目前大部分室內空調是從天花板排氣，就能順勢將這團有部分浮力的噴嚏雲，吸到天花板排放走。
　
我們怎麼運用這個研究結果？當然防止沒戴口罩的人沒用手臂把整張臉摀住就打噴嚏（←根本欠打）是最根本的第零步。　<此段有誤故刪除>　然後假設室內能以暖氣維持在夏天的溫濕度，人吐出的氣團就沒有那麼大的浮力上升，因而能讓噴嚏雲飛不遠了......新的問題是人們能忍耐四季皆夏的溫溼度嗎 囧rz。
　
因為科學是無敵的。←信心喊話一下
　
*有點冗長的改正 edit note: 經網友指正，我嚴重誤會了一點，訪談中 Bourouiba 教授言下之意是排氣口在高處是明智之舉。我對空調設計的認識不夠就亂講真是......重要！不要完全相信網路上的人，他們有可能亂下結論，包括我。
　
Displacement ventilation 是指在室內低處引入戶外空氣，利用熱空氣會上升的自然傾向，由天花板把空氣吸走，使室內空氣呈上升的單向流動。至於這樣對防治傳染病有無助益，結論並不篤定。反倒有可能因為上升氣流的存在，讓汙染性微粒懸浮在人類身高的高度，稱為 lockup phenomenon ←新增這段有參考資料，是 doi.org/10.1371/journal.pone.0211390。
　
有沒有可能整個逆轉，做到室內都是下沉氣流，不讓噴嚏雲上升呢，但想得容易，實際得克服的天然難題是只要存在溫差空氣就自然會對流。這真的是商機，待你研究發明，就從研讀流體力學先。
　
_　
Ref:
Bourouiba, L., Dehandschoewercker, E., & Bush, J. W. (2014). Violent expiratory events: on coughing and sneezing. Journal of Fluid Mechanics, 745, 537-563.
　
DOI: 10.1017/jfm.2014.88

_
▅小澄清：
　
武漢肺炎冠狀病毒的傳染途徑仍未完全釐清，並不知道到底是接觸、飛沫（大滴的）、空氣（所謂空氣就是極小飛沫、極少量病毒即可有效傳染）之中的哪一些途徑。十七年前的SARS，雖然曾經因為淘大花園的社區群聚而一直傳出不排除空氣傳染，但最終各方分析的定調是由水汙染而接觸傳染（淘大花園的傳染者該名病患，症狀以腹瀉表現且排泄物中病毒量高——也就是糞口傳染），所以就和這篇提到室內乾濕度、飛沫飛得遠沒有直接關聯了。接觸傳染的防止是在盡可能不要接觸染污表面，常洗手、不觸碰眼口鼻黏膜。
　
這篇文章不意在提供特定的防疫建議，是為一般的生活科學。畢竟，就算冠狀病毒不會空氣傳播，我們很確定流感會、水痘會、麻疹更是會（←麻疹超霸道），還有肺結核和天花（←所幸後者滅絕了，大概吧）。
　
因此這小知識還是很實用的，讓你以後在公共場合聽到有人咳嗽就會像知道得太多的 Bourouiba 教授本人一樣，疑神疑鬼。 #NightmareFuel

為什麼冬天呼吸道疾病容易傳染？（一方面是）因為飛沫飛得更遠。麻省理工物理教授呂迪亞．波茹以芭（Lydia Bourouiba）2014 年的研究。
　
我在某新浪網新聞看到這個。原始論文可以從 Google 學術搜尋取得全文，或者某個你或許知道的地方，詳見文末 Ref。
　
論文很長，因為學術要求不忘本，所以花費很多篇幅 include 先前該領域的文獻（流體物理——液滴、氣溶膠的方面以及流行病學的方面），還得一五一十說清楚她的實驗配置與資訊分析方法（以利他人複製檢查結論）。
　
但總之就是，教授她用高速攝影機的影像，透過電腦分析影像資料，研究了人打噴嚏之後，口沫會怎麼橫飛。
　
我直接殺到讓我自己恍然大悟的亮點：
　
為什麼冬天容易傳染各種飛沫傳染的疾病呢？說來簡單，因為冬天飛沫飛更遠。
　
去年我在 每日一冷〈為什麼雲不會掉下來〉那篇寫得不算精緻的文章裡，就涵蓋到解謎的所有關鍵而不自知。要多虧波茹以芭教授實際的觀測與分析，讓其中的物理更加一清二楚。
　
冬天環境空氣冷又乾，密度大。但從人肉色的肺裡出來的氣體，又溫又潮濕。我們都知道熱空氣的密度小，但其實濕度高的空氣密度也小——詳細理由是「道爾吞氣體分壓定率」：水的分子量 18 比空氣的 28.8 小。又溫又潮濕的噴嚏就輕上加輕，在相對重的冬天冷空氣中會上浮。
　
一口噴嚏中含有各種半徑的口沫液滴，大的液滴在高速運動中破裂為小液滴。因為空氣阻力與重力，液滴越大降落越快，液滴越小降落越慢。
　
物體的 #終端速度 估算公式為 v = √( 2W / (C.ρ.A) )，W 為重量，A為截面積，ρ為密度，C為與形狀有關的常數。若液滴半徑為 r，因為 W ∝ r³、A ∝ r²，因此 v ∝ √ r 。白話文，終端速度和半徑的平方根成正比。
　
於是極小的液滴在上升氣流中就不只不太會掉落，甚至會跟著氣流被往上帶。
　
於是，溫熱潮濕的噴嚏就形成了一朵雲。論文中稱為 cough cloud（但她實驗的對象確實是搔搔鼻子打噴嚏，並不是咳嗽）。冬天的室內便成為傳染病的溫床。
　
波茹以芭教授在 Science Friday 這個節目（→ youtu.be/-pGudblk8Ok?t=171，內含實驗影片）的採訪中提到，目前大部分室內空調是從天花板排氣，就能順勢將這團有部分浮力的噴嚏雲，吸到天花板排放走。
　
我們怎麼運用這個研究結果？當然防止沒戴口罩的人沒用手臂把整張臉摀住就打噴嚏（←根本欠打）是最根本的第零步。　<此段有誤故刪除>　然後假設室內能以暖氣維持在夏天的溫濕度，人吐出的氣團就沒有那麼大的浮力上升，因而能讓噴嚏雲飛不遠了......新的問題是人們能忍耐四季皆夏的溫溼度嗎 囧rz。
　
因為科學是無敵的。←信心喊話一下
　
*有點冗長的改正 edit note: 經網友指正，我嚴重誤會了一點，訪談中 Bourouiba 教授言下之意是排氣口在高處是明智之舉。我對空調設計的認識不夠就亂講真是......重要！不要完全相信網路上的人，他們有可能亂下結論，包括我。
　
Displacement ventilation 是指在室內低處引入戶外空氣，利用熱空氣會上升的自然傾向，由天花板把空氣吸走，使室內空氣呈上升的單向流動。至於這樣對防治傳染病有無助益，結論並不篤定。反倒有可能因為上升氣流的存在，讓汙染性微粒懸浮在人類身高的高度，稱為 lockup phenomenon ←新增這段有參考資料，是 doi.org/10.1371/journal.pone.0211390。
　
有沒有可能整個逆轉，做到室內都是下沉氣流，不讓噴嚏雲上升呢，但想得容易，實際得克服的天然難題是只要存在溫差空氣就自然會對流。這真的是商機，待你研究發明，就從研讀流體力學先。
　
_　
Ref:
Bourouiba, L., Dehandschoewercker, E., & Bush, J. W. (2014). Violent expiratory events: on coughing and sneezing. Journal of Fluid Mechanics, 745, 537-563.
　
DOI: 10.1017/jfm.2014.88

_
▅小澄清：
　
武漢肺炎冠狀病毒的傳染途徑仍未完全釐清，並不知道到底是接觸、飛沫（大滴的）、空氣（所謂空氣就是極小飛沫、極少量病毒即可有效傳染）之中的哪一些途徑。十七年前的SARS，雖然曾經因為淘大花園的社區群聚而一直傳出不排除空氣傳染，但最終各方分析的定調是由水汙染而接觸傳染（淘大花園的傳染者該名病患，症狀以腹瀉表現且排泄物中病毒量高——也就是糞口傳染），所以就和這篇提到室內乾濕度、飛沫飛得遠沒有直接關聯了。接觸傳染的防止是在盡可能不要接觸染污表面，常洗手、不觸碰眼口鼻黏膜。
　
這篇文章不意在提供特定的防疫建議，是為一般的生活科學。畢竟，就算冠狀病毒不會空氣傳播，我們很確定流感會、水痘會、麻疹更是會（←麻疹超霸道），還有肺結核和天花（←所幸後者滅絕了，大概吧）。
　
因此這小知識還是很實用的，讓你以後在公共場合聽到有人咳嗽就會像知道得太多的 Bourouiba 教授本人一樣，疑神疑鬼。 #NightmareFuel

【游泳的浮力支撐 vs 移動支撐】

因為前面的一篇分享收到Balance一個很棒的問題：「浮力支撐的體重=身體排開的液重，轉移到手上，是划手推水的反作用力，還是手排開的液體重？！」這個問題可以進一步引申說明浮力支撐和移動支撐的關係。

「浮力(支撐的體重) = 身體排開的液重」沒錯，「浮力」這個公式是「結論」, 但要把公式背後的原理拆解開來比較容易明白浮力跟「姿勢」與「上/下表面積」之間的關係。

浸在液體中的物體，其實是受到四面八方液體的壓力，該壓力隨深度的增加而增大的。上下兩面因為在液體中的深度不相同，所以受到的壓力強度也不相等，正因為這股壓力的差距而產生浮力。

* 先假設有一長方體A2浮於水面上：
* h1 = 長方體低點
* h2 = 長方體高點
* S = 上/下表面積相同
* V = S*Δh = 沉入水中的體積

* F浮力 = F下表面 - F上表面
= ρg(h2*S)-ρg(h1*S)
= ρg(S*Δh)
= ρgV

* ρV=m
也就是說當物體或人體完全沉入水中時，不論身體姿勢，浮力等於身排開的液體重：

* 浮力 = ρgV = mg = 物體或人體所排開的液體重量

所以B1與B2的浮力相同，但當物體或人體有部分體積浮在水面上時，因為上方出水面部位沒有液體壓力，所以浮力所支撐的體重（簡稱「浮力支撐」）就會跟物體下方的表面積有關。以下圖為例，A1和A2是同一物體，在兩種「姿勢」下，A2可以漂浮在水中，A1卻會是在下沉，雖然下沉到一定比例後，仍可浮在水面上，但會很不穩定，它會有趨向傾倒成為A2姿勢，因為相對來說A2的姿勢是比較穩定的。下面的表面積愈大，愈容易保持平衡。

換句話說：人體在改變姿勢時，浮力的平衡會改變。

以下圖中右上方的泳者來說，左手臂提起，部分身體出水，沉在水裡的體積忽然變小時，浮力也忽然變小，「技巧」就用在這邊，技巧優秀的泳者能把浮力支撐減少的體重「有效地轉移到前伸手上」。泳者就是利用提臂出水與轉肩的動作，有技巧地把體重轉移到前伸臂的手掌上，使手掌形成向前移動的支撐點（簡稱「移動支撐」）。

關於浮力支撐和移動支撐之間的關係，趴在地上的動作會比較好想像。人趴在地上時，全身的體重由「地面支撐」(類似趴在水中的浮力支撐)，此時人很難移動，要增加移動效率，必須把體重轉移到手上，像小朋友一樣用手爬行的方式會比用身體在地面蠕動前進更有效率。

來到水中之後，浮力只是取代地面的角色去支撐身體的體重，但因為水不穩定，所以把體重轉移到前伸手的難度會高很多。

技巧不好的人，在浮力減小時身體會下沉，因為沒有及時把浮力支撐減小的體重轉移到移動支撐上。這除了技巧之外，也需要有足夠的力量才能做到。這點非常重要，因為許多泳者提臂時身體會下沉或前伸手太早掉下去，絕大多數都是力量不足以支撐從浮力支撐轉移過來的體重所造成的結果。

--
關於浮力支撐和移動支撐這兩個概念的提出，首見羅曼諾夫博士的《POSE METHOD 游、騎、跑三項運動技術》(Pose Method of Triathlon Techniques)，第42章〈全部都跟轉換支撐有關〉與第43章〈平衡支撐〉，裡頭有更詳細的論述，有興趣的游泳愛好者可以再找來讀。