你有没有想过一个喷嚏能“打”多远？

尽管我们都知道呼吸系统疾病患者很可能通过咳嗽或打喷嚏传染给他人，但它们能传播多远多广？然而，每次在呼吸道传染病高发期间，专家们都呼吁戴口罩，勤洗手，勤通风。有些人也不同意。

根本原因是我们对病毒传播的细节知之甚少。以前关于病毒感染控制的指导方针大多基于模型研究和专家推测，而不是测量数据。

2014年，数学家终于做了这样的实验。

数学家吕底亚·布鲁瓦用高速视频分析了打喷嚏和咳嗽时产生的流场，并用数学模型计算了两者的传播距离。结果可能会让你大吃一惊！

科学家高速相机源:自然视频

打喷嚏和咳嗽时会冒出什么？

喷嚏摄像头的唾液来源:自然视频

打喷嚏和咳嗽始于深呼吸，然后肺部的空气被压缩，最后吸入的空气在几分之一秒内被肺部挤出。

咳嗽不仅会喷出气体，还会喷出液滴(气溶胶)，其大小小于100微米，相当于人类头发丝的宽度。这些液滴是在气体注射过程中产生的，将粘附在肺、支气管和气管上的体液带出来，喷出成千上万的小液滴。

在重力的作用下，一些较大的液滴迅速落到地板上，而较小的液滴(直径小于或等于5微米的颗粒)飞得更远，并随着气流扩散开来。这时，大量的病毒和细菌随着这些小水滴扩散开来。

如何观察咳嗽和打喷嚏的气流？

如前所述，气溶胶是非常小的东西，很难用肉眼看到。那么科学家们用什么方法来观察呢？具体来说，科学家使用两个摄像头和多个光源来捕捉高帧频打喷嚏时的大量细节。最后，他们用慢动作播放观测结果，并建立数学模型进行计算。

在实验中，科学家招募了10名健康志愿者站在摄像机前，然后刺激他们的呼吸道，让志愿者无法抵抗打喷嚏和咳嗽。高速摄像机捕捉到打喷嚏和咳嗽的瞬间。

实验方法来源:文件1

通过这种每秒能捕捉数千帧的高速相机，科学家可以观察到人们咳嗽或打喷嚏时产生的水滴。

资料来源:nature viedeo

打喷嚏和咳嗽能飞多远？

高速视频捕捉到的喷嚏。打喷嚏后，较大的液滴(绿色)从口中喷出，下落相对较快。雾滴“云”(红色)最远可达8米。来源:文件1

通过慢动作视频，我们可以看到打喷嚏和咳嗽的过程。

在咳嗽和打喷嚏时，我们可以看到由水滴组成的高密度喷出物，科学家称之为“云”。

较大的液滴不受气相流动的影响，下落速度更快，距离更近，在1米以内。然而，较小的液滴悬浮在不同程度的湍流气体云中，范围更大。

大液滴下降的轨迹源:文件1

在喷洒的过程中，云会吸入周围的空气。云的体积会不断增加，但速度会逐渐减慢。

咳嗽中云的起源:文献1

经过大量的测量，然后将数据输入数学模型，科学家们得出结论，打喷嚏产生的较大的液滴可达8米，而咳嗽可达6米。根据不同的环境条件，打喷嚏和咳嗽可以在空气中停留10分钟。

这表明咳嗽和打喷嚏的时间足够长，无论是从它们行进的距离还是停留在空气中的时间来看。如果你在室内打喷嚏或咳嗽，“云”肯定会从房间的一端飘到另一端。这绝对没问题。

所以站在离病人10米远的地方可以吗？不见得

如前所述，实验的计算结果是平均值，而不是所有的数据。一些颗粒较小(小于5微米)的液滴可以飞得很远，甚至可能一直漂浮在空气中。这些水滴能在空气中漂浮多久很难说，所以室内通风非常重要。

此外，有些人肺活量大，传播距离会更远。人们呼气的距离有一定的差异。

最后，小液滴掉了下来，一些在桌子上，一些在手机上，一些在键盘上，一些在手柄上，一些在手上...你不小心碰到了这些水滴，最后你没有洗手，你不自觉地感染了病毒，所以经常洗手也很重要。。

戴面具有什么用？

由于咳嗽和打喷嚏在传播病毒和细菌方面是如此的强大，我们不得不戴上口罩。然而，还有另一个问题:口罩能防止多少病毒和细菌传播？

一位新加坡科学家做了这样一个实验，用彩色纹影法成像来观察戴不同类型的口罩对病毒传播的影响。

纹影法是机械实验中常用的光学观察方法。基于被测流场中光的折射率梯度与流场的气流密度成正比的原理，将流场中密度梯度的变化转化为记录平面上相对光强的变化，从而使可压缩流场中密度变化剧烈的区域如冲击波和压缩波成为可观察和可区分的图像，并被记录下来。

科学家们选择了标准的外科口罩和N95口罩作为实验材料，来看看不同的口罩如何在规范佩戴口罩的前提下防止呼出气体。

如果不戴口罩，咳嗽时从嘴里呼出的气溶胶会自然地流入周围的空气中。

正常呼吸下气流模式的来源:文献2

戴上普通外科口罩后，虽然咳嗽产生的大部分气雾已经从口罩中滤出，但仍有少量从口罩的上边缘渗透出来。

普通外科口罩中咳嗽气流模式的来源:文献2

然而，N95口罩的边缘不会从侧面泄漏，口罩会从前面泄漏，这意味着它将被过滤。

N95面罩下咳嗽的气流模式来源:文件2

因此，口罩会降低咳嗽产生的气溶胶的传播效率。标准手术口罩和N95口罩防护效果好，N95口罩防护效率更高。但是不管怎样，不戴口罩绝对是最糟糕的，尤其是当你有咳嗽和其他症状时，你需要戴口罩来阻止传播。

在这个特殊时期，外出时请戴上口罩。

参考:

猛烈的呼气事件:在咳嗽和打喷嚏时[。流体力学杂志，2014，745: 53563。

邓建威，李本杰，克雷文，等。人类咳嗽的纹影光学研究，有和没有戴口罩控制气溶胶感染[。皇家学会界面杂志，2009，6(suppl_6): S72S736。