Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 1 - 7ª Edição - James Stewart- Ed: 7º - Capítulo 2.7 - Ex. 40
Uma partícula se move ao longo de uma reta com equação de movimento , em que é medido em metros e em segundos. Encontre a velocidade e a velocidade escalar quando .
Passo 1
Fala, galera! Vamos resolver essa questão!
Essa é uma questão sobre cálculo aplicado à cinemática, muito importante nas disciplinas de física que aparecem nos cursos de exatas. Para resolvê-la, temos que ter duas coisas em mente: que a velocidade é a derivada da posição e que a derivada de uma função em um ponto é dada por:
Como, ao derivarmos nossa expressão, vamos ter uma velocidade, se encontrarmos teremos a velocidade no tempo , beleza?
E é isso que o enunciado nos pede: a velocidade e a velocidade no instante , ou seja, .
Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, iremos encontrar e para jogar na fórmula da derivada, saca só:
Nós temos o :
Agora a gente vai substituir e no nosso limite, tranquilo? Sigam-me os bons e bora meter ficha:
Vamos dar mais uma mexida nessa expressão, tentando deixar ela de uma forma mais amigável. Primeiro vamos substituir a divisão por por uma multiplicação por :
Agora, fazendo o jogo de sinal e rearrumando os termos, vai ficar isso aqui:
Agora, bora encontrar o MMC dessa galera toda! Vai ficar assim:
Agora a gente vai fazer as continhas no numerador, começando pelas multiplicações! Acompanha:
Agora o jogo de sinal:
Pronto, desenvolvemos bastante a nossa expressão! E já podemos ir para o próximo passo!
Passo 3
Agora, iremos resolver esse limite. Primeiro, fazemos a substituição , mas isso resultará em uma indeterminação . Para resolver esse problema, vou colocar o em evidência no numerador, assim podemos cancelar com o do denominador, beleza? Olha só no que vai dar:
Agora a nossa indeterminação já era! Vamos fazer a substituição para resolver o limite e obter nossa velocidade:
Passo 4
De posse dá expressão que encontramos, só precisamos fazer e tudo certo, teremos a velocidade no instante pedido. Substituindo:
E essa é a nossa velocidade em !
Mas a velocidade escalar é o módulo do nosso resultado. Como temos um número negativo, a velocidade escalar vai ser:
Valeu, galera! Até a próxima! 😉