(Dissertativa) Em uma estação de triagem, partículas de microplástico (massa m = 1,0×10^-12 kg, carga q =…

Questão

(Dissertativa) Em uma estação de triagem, partículas de microplástico (massa m = 1,0×10^-12 kg, carga q = -2,0×10^-16 C) fluem com velocidade horizontal v_x = 1,0 m/s entre placas que criam campo elétrico uniforme E = 2,0×10^4 V/m apontando para cima. As placas têm comprimento L = 0,20 m na direção x. Calcule a deflexão vertical y ao sair das placas e, com base no resultado, analise riscos à saúde/ambiente e proponha três medidas físicas para reduzir exposição e descargas indesejadas (fundamente em grandezas e princípios).

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculo: força elétrica F = q·E = (-2,0×10^-16 C)·(2,0×10^4 V/m) = -4,0×10^-12 N (para baixo). Aceleração vertical a = F/m = -4,0×10^-12 / 1,0×10^-12 = -4,0 m/s². Tempo de travessia t = L/v_x = 0,20/1,0 = 0,20 s. Deslocamento vertical y = ½ a t² = 0,5·(-4,0)·(0,20)² = -0,08 m ? deflexão de 8,0 cm para baixo. Análise de riscos: a deflexão indica coleta eficiente em placas inferiores, mas campos elevados (E e V) aumentam risco de centelhamento, ozônio e reações químicas que podem gerar subprodutos tóxicos; partículas carregadas aumentam aderência a equipamentos e pele, elevando exposição. Medidas propostas (físicas): (1) reduzir E e/ou aumentar L para captar sem exceder campo de ruptura do ar (usar E = 1,0×10^6 V/m); (2) implementar aterramento e caminhos de descarga controlada para evitar acúmulo (reduz V e risco de centelha); (3) controlar umidade relativa e fluxo de ar para aumentar recombinação e reduzir cargas, além de instalar filtros mecânicos e precipitadores para retenção segura das partículas carregadas. Todas as propostas devem ser quantificadas: p.ex., se E reduzido à metade, F e a diminuem pela metade, reduzindo y por fator 1/2; garantir distância > V/E_bd para evitar centelhas.

Explicação

O cálculo da deflexão vertical é fundamentado nas leis da física que relacionam força, aceleração e movimento, considerando a interação da carga com o campo elétrico. A análise de riscos destaca as consequências potenciais da deflexão e a necessidade de medidas para mitigar os efeitos adversos, utilizando princípios de eletricidade e segurança. As propostas de medidas físicas são baseadas em ajustes nas condições do sistema para garantir a segurança e eficácia na coleta de microplásticos.

Raio-X da questão

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