Enunciado
Álgebra Linear e Geometria Analítica - Cálculo com Geometria Analítica Volume 1 - 3ª Edição - Louis Leithold- Ed: 3º - Capítulo 10.1 - Ex. 43
43. O cabo de uma ponte suspensa tem a forma de uma parábola quando a carga é uniformemente distribuída na horizontal. A distância entre duas colunas é 150 m, os pontos de suporte do cabo nas colunas estão 22 m acima da pista e o ponto mais baixo do cabo está 7 m acima da pista. Ache a distância vertical do cabo a um ponto na pista a 15 m do pé de uma coluna.
Passo 1
Primeiro para resolver essa questão vamos escolher os eixos de forma a facilitar nossa vida. O eixo x no mesmo nível da pista e o eixo y no meio entre duas colunas.
Assim cada coluna está a 75 m do eixo y e os pontos de sustentação estão a 22 m do eixo x.
Agora para achar o que o enunciado pede teremos que achar a equação da parábola formada pela corda.
Com essa configuração e com a informação do enunciado sobre o ponto mais baixo da corda, temos que o vértice da parábola formada pela corda é:
Passo 2
Como a parte mais baixa da corda está perto do chão isso mostra que a parábola tem concavidade para cima, assim sua e equação é do tipo:
Agora precisamos achar os valores de h, p e k para a situação que temos.
Passo 3
Achar h e k é fácil, eles representam as coordenadas do vértice.
O h representa a coordenada x do vértice e k a coordenada y, logo:
Assim nossa equação já toma a seguinte forma:
Passo 4
Para encontrarmos o valor de p, vamos usar o fato de já conhecermos um ponto da parábola, que é o ponto onde a extremidade da corda é presa. Jogando os valores desse ponto na equação que temos, iremos descobrir o p.
O ponto onde a corda é presa temos como coordenadas (75, 22), substituindo na nossa equação:
Passo 5
Agora colocando tudo que encontramos na equação ela toma a seguinte forma:
Passo 6
Agora para encontrar distância vertical do cabo a um ponto na pista a 15 m do pé de uma coluna teremos que jogar a distância que queremos que no caso é 60 m que é a distância do eixo y.
Assim:
Resposta
A distância vertical do cabo a um ponto na pista a 15 m do pé de uma coluna é 16,6 m.