A física da máscara facial N95

Jul 20, 2023

Rhett Allain

É 2022 e agora todos nós usamos máscaras há quase dois anos. E a menos que você seja um cirurgião ou um trabalhador da construção civil que já os usava diariamente, nesses dois anos você provavelmente aprendeu muito sobre eles - quais você mais gosta, onde obtê-los e se você tem algum extra guardado em um bolso do casaco ou em algum lugar em seu carro.

Mas você sabe o que torna a máscara N95 tão especial? Vamos descobrir.

As fibras das máscaras comuns de tecido ou papel filtram as partículas, bloqueando-as fisicamente - mas as fibras de uma máscara N95 também usam um ótimo truque de física. Essas fibras são carregadas eletricamente.

A carga elétrica é uma das propriedades fundamentais de todas as partículas. Quase tudo ao seu redor é feito de três partículas: o próton, o elétron e o nêutron. (Por enquanto, vamos ignorar múons e neutrinos — ambas as partículas fundamentais que realmente existem — assim como outras partículas que são teoricamente possíveis.)

Assim como toda partícula tem massa, ela também tem carga. O próton tem uma carga elétrica positiva com um valor de 1,6 x 10-19 coulombs, a unidade para medir a carga elétrica. O elétron tem a carga exatamente oposta. Isso deixa o nêutron com carga zero (portanto, a parte "neutro" de "nêutron").

A carga elétrica é uma parte fundamental da interação eletrostática, a força entre as cargas elétricas. A magnitude dessa força depende das magnitudes das duas cargas e da distância entre elas. Podemos calcular essa força com a lei de Coulomb. Se parece com isso:

Nesta expressão,k é uma constante com um valor de 9 x 109 N×m2/C2. As acusações sãoq1eq2e a distância entre eles ér . Isso dará uma força em newtons. Se as duas cargas tiverem o mesmo sinal (ambos positivos ou ambos negativos), então esta será uma força repulsiva. Se as duas cargas tiverem sinais diferentes, então a força é atrativa.

Por Brenda Stolyar e Eric Ravenscraft

Se tudo é feito de elétrons e prótons, não deveria haver forças elétricas entre tudo? Bem, mais ou menos. Elétrons e prótons são super minúsculos. Isso significa que mesmo uma pequena gota de água terá algo como 1022 prótons nela. Essa gota provavelmente terá o mesmo número de elétrons. (E ninguém se importa com os nêutrons — pelo menos por enquanto.) Isso torna a carga geral dessa gota de água igual a zero coulombs. Mesmo se você tiver elétrons extras em sua água, a carga total será pequena, já que a carga do elétron é insignificante. Essencialmente, a maioria das coisas que você pode ver é eletricamente neutra, sem forças elétricas.

Lembra daquela vez que você tirou uma meia da secadora de roupas e ela grudou na camisa? Se for uma interação de eletricidade estática, como a meia foi carregada?

Para tornar uma meia carregada negativamente, só há uma maneira de fazer isso - certifique-se de que a meia tenha mais elétrons do que prótons. Você vai precisar de muitos elétrons, talvez algo da ordem de 1013 elétrons extras. (Para lhe dar uma ideia de quão grande é esse número, seria o número total de notas que você precisaria para dar a todos na Terra $ 1.000 em singles.) Todos esses elétrons extras dariam à meia uma carga negativa geral de cerca de 1 microcoulomb (1 x 10-6 C).

Se você quiser fazer essa mesma meia carregada positivamente, em vez de adicionar elétrons, você os removeria. Isso deixaria a meia com mais prótons do que elétrons para uma carga positiva geral. Mas você não pode simplesmente remover prótons da maioria dos objetos à toa. Bem, você pode, mas pode ser super ruim. Pense na tabela periódica dos elementos. Digamos que você comece com um objeto feito de carbono, que tem seis prótons no núcleo. Se você removesse um desses prótons, não seria mais carbono. Seria o boro, que tem cinco prótons – e você teria acabado de criar uma reação nuclear.

Parte MN

Lauren Goode