Enunciado
Cálculo - Dennis G. Zill - Equações Diferenciais - Vol 1- Ed: 3º - Capítulo 5.2 - Ex. 12a
Quando um peso de é atado a uma mola de de comprimento, esta distende-se e passa a ter de comprimento. O peso de é removido e substituído por um outro de . O sistema é então inteiramente imerso em um meio que oferece uma resistência numericamente igual à velocidade instantânea.
(a) Encontre a equação de movimento se o peso é solto abaixo da posição de equilíbrio com velocidade de para baixo.
Passo 1
E aíí cara
(a) Nesse item, temos que montar o nosso problema de valor inicial
Para isso, vamos lembrar do modelo de um sistema massa mola amortecido:
Vamos começar encontrando a massa . O peso utilizado no problema é de , e sabemos que
Mas deixa eu te falar: esse livro usa , por causa das medidas doidas lá. E se a gente usar nesse exercício, mesmo sendo o correto, vai ficar uma coisa bizarríssima!! Já que ele foi feito pros valores deles. Então, vamos usar ok?
Então
Como ele diz que “O sistema é então inteiramente imerso em um meio que oferece uma resistência numericamente igual à velocidade instantânea”, temos . Agora vamos encontrar a constante usando a informação de que “Quando um peso de é atado a uma mola de de comprimento, esta distende-se e passa a ter de comprimento”. Temos:
Então:
O enunciado também fala que “o peso é solto abaixo da posição de equilíbrio com velocidade de para baixo”
Então temos:
Agora precisamos resolver esse PVI ta bom?
Passo 2
(a) Temos:
Isso aí é uma equação diferencial linear de segunda ordem, que tem como solução geral:
Aplicando as condições iniciais, encontramos
Então, nossa solução é