Em um ambiente clínico, uma placa metálica carregada uniformemente tem densidade superficial s = -1,5×10^-6…

Questão

Em um ambiente clínico, uma placa metálica carregada uniformemente tem densidade superficial s = -1,5×10^-6 C/m². Uma micropartícula plástica tem m = 5,0×10^-12 kg e q = +2,0×10^-15 C, estando a 0,20 m da placa. Considere campo de placa infinita E = s/(2e0) com e0 = 8,85×10^-12 F/m e g = 10 m/s². a) Calcule a força elétrica sobre a partícula e sua direção. b) Compare F com o peso e calcule a aceleração resultante. c) Discuta implicações para deposição de microplásticos e proponha duas soluções individuais/coletivas justificadas.

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

Resposta esperada

a) Campo devido à placa: E = |s|/(2e0) = 1,5×10^-6 /(2·8,85×10^-12) = 8,48×10^4 V/m. Força elétrica: F = qE = 2,0×10^-15·8,48×10^4 = 1,70×10^-10 N, dirigida em direção à placa (placa negativa atrai carga positiva). b) Peso: P = m·g = 5,0×10^-12·10 = 5,0×10^-11 N. Como F > P, há aceleração resultante para a placa: a = (F - P)/m = (1,70×10^-10 - 5,0×10^-11)/5,0×10^-12 = 23,9 m/s² (direcionada para a placa). c) Interpretação e medidas: forças eletrostáticas podem aumentar a deposição de microplásticos em superfícies, elevando risco de contaminação e inalação secundária; partículas atraídas aderem mais facilmente a equipamentos e roupas. Medidas individuais: uso de roupas antistáticas e manuseio com ferramentas aterradas para reduzir acúmulo de carga (reduz diferença de potencial entre partícula e superfície). Medidas coletivas: controle da umidade relativa do ar (umidade >50% reduz triboeletricidade) e aterramento de estruturas/instalação de condutores e revestimentos antiestáticos; implementação de filtragem localizada (ex.: filtros HEPA e coletas eletrostáticas) para capturar partículas antes da deposição. Justificativa física: reduzir s e diferença de potencial diminui E e, portanto, F = qE; aumentar condutividade/umidade permite dissipar cargas e reduzir atratividade eletrostática.

Explicação

A solução apresenta cálculos claros e precisos para determinar a força elétrica e a aceleração resultante, considerando as interações entre a micropartícula e a placa carregada. Além disso, discute as implicações ambientais da deposição de microplásticos e propõe soluções práticas que se baseiam em princípios físicos, como a redução da carga eletrostática e a melhoria das condições de umidade. Essa abordagem integrada demonstra compreensão tanto dos conceitos físicos quanto das suas aplicações no mundo real.

Raio-X da questão

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