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Pesquisadores da Universidade de Warwick, no Reino Unido, anunciaram um avanço que resolve um problema científico com mais de 100 anos relacionado ao comportamento das partículas presentes no ar que respiramos. A equipe desenvolveu um método capaz de prever com precisão como nanopartículas de formatos irregulares se movem pela atmosfera — um desafio histórico da física dos aerossóis e um ponto-chave para compreender a poluição do ar e seus impactos na saúde humana.

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Diariamente, as pessoas inalham milhões de partículas microscópicas, como fuligem, poeira, pólen, microplásticos, vírus e nanopartículas produzidas artificialmente. Algumas são tão pequenas que conseguem penetrar profundamente nos pulmões e até alcançar a corrente sanguínea. A exposição prolongada a esses poluentes já foi associada a doenças graves, como problemas cardíacos, acidentes vasculares cerebrais e câncer.

Apesar da diversidade de formas dessas partículas, os modelos matemáticos tradicionais costumam tratá-las como esferas perfeitas, uma simplificação que facilita os cálculos, mas se distancia da realidade. A maioria das partículas suspensas no ar tem formatos irregulares, o que dificulta prever com exatidão seu deslocamento e seus efeitos sobre o organismo e o meio ambiente.

Publicado na revista Journal of Fluid Mechanics Rapids, o novo estudo propõe a primeira abordagem ao mesmo tempo simples e preditiva capaz de descrever o movimento de partículas de praticamente qualquer formato. O trabalho atualiza uma equação com mais de um século, preenchendo uma lacuna importante na ciência dos aerossóis.

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Autor do estudo, o professor Duncan Lockerby, da Escola de Engenharia da Universidade de Warwick, explica: “A motivação foi simples: se conseguirmos prever com precisão como partículas de qualquer forma se movem, podemos melhorar significativamente os modelos de poluição do ar, transmissão de doenças e até da química atmosférica. Essa nova abordagem se baseia em um modelo muito antigo — simples, mas poderoso — tornando-o aplicável a partículas complexas e de formatos irregulares”.

O avanço veio a partir de uma reavaliação do chamado fator de correção de Cunningham, uma ferramenta fundamental da física dos aerossóis introduzida em 1910 para explicar como as forças de arrasto atuam sobre partículas extremamente pequenas. Na década de 1920, o físico Robert Millikan, vencedor do Prêmio Nobel, refinou a fórmula, mas uma correção mais simples e geral acabou sendo deixada de lado. Com isso, versões posteriores da equação permaneceram restritas a partículas perfeitamente esféricas, limitando sua aplicação prática.

O trabalho de Lockerby reorganiza a ideia original de Cunningham em um formato mais amplo e flexível. A partir desse novo enquadramento, o pesquisador introduz um “tensor de correção”, ferramenta matemática que leva em conta as forças de resistência que atuam sobre partículas de qualquer forma — de esferas a discos finos — sem depender de ajustes empíricos.

“Este artigo trata de recuperar o espírito original do trabalho de Cunningham, de 1910. Ao generalizar seu fator de correção, agora podemos fazer previsões precisas para partículas de quase qualquer forma — sem a necessidade de simulações intensivas ou ajustes empíricos”, afirma Lockerby. “Ele fornece a primeira estrutura capaz de prever com precisão como partículas não esféricas se deslocam pelo ar e, como essas nanopartículas estão intimamente ligadas à poluição do ar e ao risco de câncer, este é um passo importante para a saúde ambiental e para a ciência dos aerossóis.”

As implicações do novo modelo são amplas. A metodologia pode aprimorar estudos de qualidade do ar, modelagens climáticas, pesquisas em nanotecnologia e aplicações médicas. Também pode melhorar previsões sobre a dispersão da poluição em áreas urbanas, o deslocamento da fumaça de incêndios florestais ou de cinzas vulcânicas, além do comportamento de nanopartículas usadas em processos industriais e tratamentos de saúde.

Para dar continuidade à pesquisa, a Escola de Engenharia da Universidade de Warwick investiu em um sistema de última geração para geração de aerossóis, que permitirá criar e analisar uma grande variedade de partículas não esféricas em condições controladas. A estrutura servirá para validar e refinar o novo método preditivo.

Professor Julian Gardner, também da Escola de Engenharia da Universidade de Warwick e colaborador do estudo, destaca: “Essa nova instalação nos permitirá explorar como partículas reais presentes no ar se comportam em condições controladas, ajudando a transformar esse avanço teórico em ferramentas práticas para o meio ambiente”.

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