Enunciado

Dois tanques 1 e 2, contendo soluções de água e sal, estão interligados por dois tubos que permitem que a solução de um tanque escoe para o outro e vice-versa. Sabe-se que as quantidades de sal S 1 = S 1 t   e   S 2 = S 2 t nos tanques estão variando nas seguintes taxas:

d S 1 d t = - S 1 + S 2 d S 2 d t = S 1 - S 2

Sabe-se, ainda, que o instante t = 0 a quantidade de sal (em k g ) no tanque 1 era de S 1 0 = 15 e o tanque 2 de S 2 0 = 5 .

  1. Calcule lim t → ∞ ⁡ S 1 t e lim t → ∞ ⁡ S 2 t . Interprete.

Passo 1

Na letra A encontramos que a quantidade de sal nos tanques é dada por:

S 1 ( t ) = 10 + 5 e - 2 t S 2 ( t ) = 10 - 5 e - 2 t

Passo 2

Então só precisamos calcular o limite:

lim t → + ∞ ⁡ S 1 t = l i m t → + ∞ 10 + 5 e - 2 t

O limite da soma é a soma dos limites:

l i m t → + ∞ 10 + l i m t → + ∞ 5 e - 2 t

Então teremos e - t → 0   quando t → ∞ .

Portanto:

lim t → + ∞ ⁡ S 1 t = 10

Passo 3

Mesmo processo para o tanque 2:

lim t → ∞ ⁡ S 2 t = lim t → ∞ ⁡ 10 - 5 e - 2 t

Simplesmente,

lim t → ∞ ⁡ 10 - lim t → ∞ ⁡ 5 e - 2 t

E portanto:

lim t → ∞ ⁡ S 2 ( t ) = 10

Resposta

Ou seja, podemos concluir que após um grande período de tempo as quantidades de sal nos tanques serão iguais.

lim t → + ∞ ⁡ S 1 t = lim t → ∞ ⁡ S 2 ( t ) = 10 k g

Ver Outros Exercícios desse livro