Um farol faz uma revolução a cada 10 s e está localizado em um navio, ancorado a 4 km de uma praia reta. Com que rapidez o facho de luz do farol estará se movendo ao longo da praia quando fizer com ela um ângulo de 45° ?

Passo 1

Vamos entender o que está acontecendo:

Conforme o farol vai rodando, a luz do farol vai varrendo a praia. Vamos falar que num instante qualquer a distância entre o ponto onde a luz do farol aponta e a reta que liga o farol a praia é x , e o ângulo entre a luz do farol e a mesma reta é θ .

Podemos falar então que:

tan ⁡ θ = x 4

Passo 2

Quando o enunciado diz que o farol faz uma revolução a cada 10   s ,   e uma revolução é uma volta completa, temos que o farol roda 360 ° = 2 π a cada dez segundos. Então por segundo temos que o farol roda:

2 π 10 = π 5   r a d / s

Mas olha que maneiro, isso é justamente a taxa de variação do ângulo θ , ou seja:

d θ d t = π 5 r a d s

Passo 3

Mas já que estamos interessados em saber com que rapidez o facho de luz do farol estará se movendo ao longo da praia, queremos descobrir o d x / d t naquele instante. Para aparecer essa cara vamos derivar a expressão da tangente que tínhamos encontrado:

d d t ( tan ⁡ θ ) = d d t x 4

( tan ⁡ θ ) '   d θ d t     = 1 4   d x d t

( sec ⁡ θ ) 2 d θ d t = 1 4 d x d t

Passo 4

Para aquele instante, θ = 45 ° , então sec ⁡ θ = 2 .

Substituindo esses dados que temos na expressão que encontramos:

( sec ⁡ θ ) 2 d θ d t = 1 4 d x d t

2 2 π 5 = 1 4 d x d t

d x d t = 8 π 5   k m / s

Resposta

8 π 5   k m / s

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