O Exercício fornece a aceleração a = (d^2 * s) / (d * t^2) , a velocidade inicial e a posição inicial de um corpo que se desloca ao longo de uma reta coordenada. Determine a posição do corpo no instante t para o caso: a = 9.8, v(0) = -3, s(0) = 0 .

Passo 1

Queremos encontrar a função s ( t ) a partir da análise da função a ( t ) que, como o enunciado nos mostrou, é a sua segunda derivada. Assim, utilizaremos as regras de derivação no sentido inverso para encontrarmos, primeiramente a aceleração que é a primeira derivada e aplicando essa mesma estratégia uma segunda vez obtemos a função s ( t ) que é a solução do nosso problema.

Passo 2

Como a nossa função v ( t ) tem a forma a   =   9.8 podemos imaginar que como o expoente da variável t que acompanha o 9.8 é 0 , na função antes de derivamos tínhamos um t devido a regra da derivação de polinômio se f x = x n → f ' x = n * x n - 1 .

Passo 3

Como consequência direta do teorema do valor médio temos um corolário que diz que se encontrarmos uma função g x tal que f ' x = g ' ( x ) para todo valor de x em um intervalo, então, existe uma constante C tal que f x = g x + C . Dessa forma, podemos fazer o seguinte:

v t = s ' ( t ) = g t + C

s ' t = 9.8 t + C

Aplicando a condição inicial que diz que v 0 = - 3 , temos:

s ' 0 = 9.8 * 0 + C

C + 0 =   - 3 =   - 3

Assim, encontramos uma expressão para v t =   s ’ t =   9.8 t - 3 . Utilizando mais uma vez esse raciocínio vamos encontrar, então, a nossa função desejada que é s t .

Passo 4

Como a nossa função v ( t ) tem a forma v   =   9.8 t - 3 podemos imaginar que como o expoente da variável t que acompanha o 9.8 é 1 , na função antes de derivamos tínhamos um t 2 e , ainda, como o número o expoente no t que acompanha o -3 é 0 na função de origem tínhamos um t elevado a potência 1 devido a regra da derivação de polinômio se f x = x n → f ' x = n * x n - 1 podemos, então, encontrar uma função que tenha derivada igual s ' ( t ) .

Passo 5

Sendo assim podemos pensar em uma função g t = 9.8 t 2 - 3 t que possui derivada igual a da nossa função da velocidade e aplicarmos o resultado do corolário da seguinte forma:

s t = g t + C

s t =   9.8 t 2 - 3 t   + C  

Aplicando a segunda condição inicial s 0 = 0 , teremos:

s 0 = 9.8 * 0 2 + 3 * 0 + C

0 = 0 + C

C = 0

Portanto, nossa função s ( t ) para um determinado tempo t   qualquer é:

s t =   9.8 t 2 - 3 t    

Resposta

s t =   9.8 t 2 - 3 t    

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados