Enunciado

Duas partículas entram em movimento ao mesmo tempo. Uma move-se segundo uma reta horizontal e sua equação de movimento é x = t 2 - 2 t , onde x   cm é a distância orientada da partícula desde a origem em t   s . A outra move-se ao longo de uma reta vertical que intercepta a reta horizontal na origem e sua equação de movimento é y = t 2 - 2 , onde y   cm é a distância orientada da partícula desde a origem em t   s . Determine quando a distância orientada entre as partículas é mínima e suas velocidades naquele instante.

Passo 1

A primeira coisa aqui é lembrar que a distância entre pontos é dada pela fórmula:

d A , B = x b - x a 2 + y b - y a 2

Perceba também que as partículas podem ser escritas da seguinte forma ( t 2 - 2 t , 0 ) e ( 0 , t 2 - 2 ) , pois estão em retas verticais e horizontais. Dessa forma, podemos calcular a distância entre as partículas.

d P 1 , P 2 = t 2 - 2 t - 0 2 + 0 - ( t 2 - 2 )   2 = t 2 - 2 t 2 + t 2 - 2 2

f t = t 4 - 4 t 3 + 4 t 2 + t 4 - 4 t 2 + 4 = 2 t 4 - 4 t 3 + 4

f t = 2 t 4 - 4 t 3 + 4

Passo 2

Para achar a distância mínima, vamos derivar essa função que depende apenas dos valores de t e igualar 0 .

f ' t = 2 t 4 - 4 t 3 + 4 ' 2 2 t 4 - 4 t 3 + 4 = 8 t 3 - 12 t 2 2 2 t 4 - 4 t 3 + 4 = 4 t 3 - 6 t 2 2 t 4 - 4 t 3 + 4

f ' t = t 2 ( 4 t - 6 ) 2 t 4 - 4 t 3 + 4 = 0   →       t 2 4 t - 6 = 0       →       t = 0           ou           t = 3 2

Como t > 0 , o possível mínimo ocorre em t = 3 2 . Perceba que para t > 3 2 ,   f ' t > 0 e para

0 < t < 3 2 , f ' t < 0 , isso indica justamente o ponto de mínimo absoluto. Portanto, a distância mínima ocorre quando t = 3 2   s .

Passo 3

Para achar a velocidade, nós derivamos as funções do movimento em relação ao tempo e substituímos t = 3 2 .

A velocidade na horizontal para t = 3 2 será d x d t = 2 t - 2     →     d x d t = 3 - 2 = 1   cm/s .

A velocidade na vertical para t = 3 2 será d y d t = 2 t   →     d y d t = 3   cm/s .

Resposta

A distância mínima ocorre quando t = 3 2 , a velocidade na vertical é 3   cm/s e na horizontal é 1   cm/s .

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

24. Encontre, com precisão de duas casas decimais, as coordenadas do ponto na curva y = s e n ( x ) que está mais próximo do ponto 4,2
20. Encontre o ponto sobre a curva y = x que está mais próximo do ponto ( 3,0 ) .
26. Encontre a área do maior trapézio que pode ser inscrito num círculo com raio 1 e cuja base é o diâmetro do círculo
Qual é a distância vertical máxima entre a reta y = x + 2 e a parábola y = x 2 para - 1 ≤ x ≤ 2 ?
Um pôster deve ter uma área de 180 pol² com uma borda de 1 polegada na base e nos lados, e uma borda de 2 polegadas em cima. Que dimensões darão a maior área impressa?