Enunciado

Suponha que exista um furo na lata de tinta do exercício 4 5 e 9 l b de tinta vazam da lata de modo contínuo e uniforme durante a subida do homem. Quanto trabalho é realizado?

Passo 1

Oi galera, tudo bem? Vamos começar!!!

Mas vamos lembrar o que o exercício 45 falava:

Um homem de 160 libras carrega uma lata de 25 libras de tinta subindo uma escada helicoidal que circunda um silo com um raio de 20 pés. Se o silo tem 90 pés de altura e o homem faz exatamente três rotações completas para subir ao topo, de quanto é o esforço feito pelo homem contra a gravidade?

Nesse exercício, encontramos o esforço igual a:

F → = 185 k →

Agora no exercício 46, temos que calcular o trabalho realizado considerando que 9 l b de tinta vazam da lata de modo contínuo e uniforme durante a subida do homem.

Vish, como faço isso!!!

Vamos relembrar como era a parametrização do exercício 45 . Era assim:

x = 20 c o s t ,     y = 20 s e n t ,     z = 90 t 6 π ,   0 ≤ t ≤ 6 π

Logo,

r → ( t ) = 20 c o s t i → + 20 s e n t j → + 15 t π k →

Pra quem já fez o exercício anterior, lembra que a força é:

F → = 185 k →

Bom, agora esse valor vai diminuindo ao longo do percurso de 6 π . E uma possível parametrização para essa perda de peso ao longo desse percurso é:

F → = - 9 6 π t   k → ,     0 ≤ t ≤ 6 π  

Observe, que quando estamos em t = 0 , ainda não perdemos nada, e conforme o numero de voltas t vai aumentando, vai aumentando a perda de peso. Até que ao completar as 3 voltas, para t = 6 π , temos o peso perdido em todo o deslocamento.

Então, em relação à analise acima vamos ter a nova força:

F → = 185 - 9 6 π t k →

Já temos a força e a parametrização do deslocamento! Agora é s�� aplicar na integral!

W = ∫ C F → ⋅ d r →

Vamos nessa!

Passo 2

Temos que a expressão para obter o trabalho é:

W = ∫ C F → ⋅ d r →

Nossa força é:

F → = 185 - 9 6 π t k →

O deslocamento parametrizado é:

r → t = 20 cos ⁡ t i → + 20   s e n   t   j → + 15 t π k →

0 ≤ t ≤ 6 π

Mas repare, que precisar de d r → , logo devemos aplicar a derivada em relação a t em r → ( t ) . Ficamos com:

d r d t = - 20   s e n   t i → + 20 cos ⁡ t j → + 15 π k →

Assim, nossa integral vai ficar:

W = ∫ 0 6 π 0,0 , 185 - 9 t 6 π ⋅ - 20   s e n   t ,   20 cos ⁡ t , 15 / π d t

Passo 3

Pronto! Agora precisamos fazer o produto escalar do integrando e fazer a integral! Vamos lá?

Fazendo o produto escalar, obtemos:

W = 15 π ∫ 0 6 π 185 - 9 t 6 π d t

Agora vamos integrar em d t . Integrando temos:

W = 15 π 185 t - 9 t 2 12 π 0 6 π

Aplicando os limites de integração, ficamos com:

W = 15 π 185 6 π - 9 6 π 2 12 π

Simplificando, temos o trabalho como:

W = 16245 f t - l b

Ou pode ser escrito como:

W = 1,62.10 4 f t - l b

Resposta

W = 1,62.10 4 f t - l b

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