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2020-09-01飛沫顆粒懸浮的關鍵從尺寸、面積與體積的關係找答案 609 期

Author 作者張慧貞／彰化師範大學物理系教授，研究興趣為物理概念發展。

受到疫情影響，為了避免自身或他人口中的飛沫在空氣中停留懸浮，大眾紛紛選擇戴上口罩；天上的白雲明明就是重達數噸的水滴與冰晶，卻可以輕易飄浮在空中；岩漿燈炫麗又曼妙的舞姿原來與瓶子造型設計有關。上述三項看似毫無關聯的物理現象，其實都有個共通點：它們都涉及物體尺寸的大小，以及面積與體積的比值。

飛沫傳染真的需要戴口罩嗎？

今（2020）年開春，全世界就被2019新型冠狀病毒疾病（COVI-19）攪得天翻地覆。在疫情肆虐之際，無論各地的文化如何看待「戴口罩」所代表的意義，最後還是得乖乖地戴上口罩，以免感染（圖一）。而在疫情較為趨緩的臺灣，或許有人會問，若搭上乘客稀少的公車或無他人的電梯時，我還需戴口罩嗎？

圖一：在疫情尚未趨緩前，需要戴上口罩保護自已與他人。但在人潮稀少的區域，還會有飛沫傳染的可能嗎？還要繼續戴口罩嗎？（Me&Art - pngtree.com）

病毒通常附著在飛沫（口水）中進行傳播，人們噴出的飛沫，密度雖然比空氣大很多，但卻不會迅速以自由落體掉到地上，其中的原因與飛沫的大小有密切關係。講話、咳嗽或打噴嚏所噴出的飛沫半徑大小差異很大，範圍在1毫米到0.1微米之間（10^-3 m ～ 10^-7 m）。

噴出的飛沫，除了受到向下的重力之外，還會受到向上的氣流推力作用（圖二）。兩力的向量相加（合力），才會決定這顆飛沫在空中懸浮的時間長短。其中，重力（Fg）與體積（V）成正比，亦即重力與飛沫半徑的三次方成正比（F_g∝V∝r³）。而氣流推力（Fair）則與受力面積（A），也就是飛沫半徑的平方成正比（F_air∝A∝r²）。因此，越小顆的飛沫，所受到的氣流推力，相對於其重力而言就會越顯著，因而可以懸浮在空中越久的時間。……【更多內容請閱讀科學月刊第609期】