Enunciado
Cálculo - Boyce - Equações Diferenciais - Ed: 10º - Capítulo 1.1 - Ex. 23
A lei do resfriamento de Newton diz que a temperatura de um objeto varia a uma taxa proporcional à diferença entre a temperatura do objeto e a de seu meio ambiente (na maioria dos casos, a temperatura do ar ambiente). Suponha que a temperatura ambiente é de (cerca de ) e que a taxa constante é . Escreva uma equação diferencial para a temperatura do objeto em qualquer instante de tempo. Note que a equação diferencial é a mesma, independente se a temperatura do objeto está acima ou abaixo da temperatura ambiente.
Passo 1
Para resolvermos esse problema vamos analisar as informações dadas no enunciado e tentar descrever uma equação que satisfaça todos os requisitos do problema. Além disso, para esse caso especifico, vamos precisar nos atentar sobre a questão de perda e ganho de temperatura e o sinal que acompanha cada. Vamos juntos!!
Passo 2
Bom, o enunciado nos diz que a taxa de variação da temperatura é proporcional a diferença de temperatura do ambiente. Na linguagem matemática, isso pode ser escrito como:
ou
Onde é uma constante de proporcionalidade, é o tempo em minutos e é a temperatura ambiente. O enunciado nos dá todas as informações a mais que precisamos ter, onde em minutos e , ficando com a equação da forma
Porém, temos que nos atentar a convenção para a temperatura, onde quando se “perde” temperatura, o sinal da taxa de transferência é negativo, e quando se “ganha” temperatura o sinal é positivo. Assim, para , e , . Fazendo esse ajuste, temos que