Enunciado

Os pneus de automóveis precisam ser inflados corretamente porque uma pressão interna inadequada pode causar um desgaste prematuro. Os dados na tabela mostram a vida útil do pneu L (em milhares de quilômetros) para um certo tipo de pneu em pressões P (em kPa)

  1. Use uma calculadora gráfica ou computador para modelar a vida do pneu como uma função quadrática da pressão.
  2. Use o modelo para estimar d L d P quando P = 200 e quando P = 300 . Qual o significado da derivada? Quais são suas unidades? Qual é o significado dos sinais das derivadas?

Passo 1

Opa, vamos fazer essa questão! O enunciado nos deu uma tabela que relaciona a vida útil de um pneu, em milhares de quilômetros com sua pressão interna em k P a :

A partir desses dados devemos, na letra (a), escrever L ( P ) sabendo essa relação é quadrática, ou seja,

L ( P ) = a P 2 + b P + c

Onde L é a vida útil do pneu e P é a pressão. Pra fazer isso vamos precisar de uma calculadora gráfica, você pode achar alguma online também! ;)

Para a letra (b) a gente deve usar L ( P ) para calcular a derivada, d L d P , quando P = 200 e quando P = 300 . A derivada da função será determinada pela seguinte regra da potência:

d d x x n = n   x n - 1

A ideia aqui é descer com o expoente para a frente de quem estamos derivando e subtrair um do expoente, faz mais sentido agora, né?

E por fimO enunciado também pede pra a gente explicar o significado da derivada e definir sua unidade!

Agora vamos colocar a mão na massa!

Passo 2

A primeira coisa que precisamos fazer é modelar a função quadrática que relaciona a arelaciona a vida útil de um pneu com sua pressão interna::

L ( P ) = a P 2 + b P + c

Aqui vamos usar o excel, então vamos criar uma coluna com os dados de P , esse vai ser nosso eixo x e a outra coluna com os dados de L vai ser nosso eixo y .

Após isso a gente vai plotar o gráfico de dispersão e selecionar a opção de regressão quadrática, ficamos então com:

Temos então que o ajuste quadrático será:

L P = - 9,2 × 10 - 3 P 2 + 4,56 P - 435

Passo 3

Agora vamos derivar L P e encontrarmos o valor da derivada para P = 200 e P = 300 :

L P = - 9,2 × 10 - 3 P 2 + 4,56 P - 435

Sua respectiva derivada será determinada pela regra da potência, em que a derivada de x elevado ao expoente n , será igual ao expoente vezes x elevado ao expoente menos 1, como o exemplo abaixo.

d d x x n = n   x n - 1

Calculando:

L ' P = - 9,2 × 10 - 3 2 P 2 - 1 + 4,56 P 1 - 1

L ' P = - 18,4 × 10 - 3 P + 4,56

Como a unidade de f P é 10 3   k m quando derivarmos em relação a P que está em k P a . Podemos simplificar como:

d L d P = 10 3   k m 10 3   P a →   d L d P = k m P a

Passo 4

Usando a equação de L ' P e substituindo por P = 200   k P a e P = 300   k P a , teremos que

Para P = 200   k P a :

L ' 200 = - 18,4 × 10 - 3 200   k P a + 4,56

Fazendo as contas:

L ' 200 = 0,88 k m P a

Para P = 300   k P a :

L ' 300 = - 18,4 × 10 - 3 ⋅ 300   k P a + 4,56

Fazendo as contas:

L ' 300 = - 0,96 k m P a

Pra finalizar, vamos entender melhor o significado da derivada. A derivada representa a variação da vida útil do pneu com relação ao tempo. Assim, se a derivada é positiva a vida útil do pneu aumenta e se for negativa ela diminui.

Resposta

a) L P = - 9,2 × 10 - 3 P 2 + 4,56 P - 435

b)

f ' 200 = 0,88 k m P a

f ' 300 = - 0,96 k m P a

A derivada representa a variação da vida útil do pneu com relação ao tempo. Assim, se a derivada é positiva a vida útil do pneu aumenta e se for negativa ela diminui.

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Uma partícula move-se segundo a lei do movimento s = f ( t ) , t ≥ 0 , onde t é medido em segundos e s , em pés. (a) Encontre a velocidade no instante t . (b) Qual a velocidade depois de 3s ? (c) Quan
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Derive a função. f x = 30