Enunciado
Cálculo - Anton - Cálculo - Vol 1- Ed: 10º - Capítulo 3.4 - Ex. 28
Trigo está saindo através de uma calha de escoamento a uma taxa de e caindo em uma pilha cônica cujo raio da base é sempre a metade da altura. Com que rapidez estará aumentando a circunferência da base quando a altura da pilha for de ?
Passo 1
Como o enunciado fala que o raio da base é sempre a metade da altura (), isso nos dá uma informação muito maneira. Olha só pra tangente do ângulo
Isso significa que o ângulo é constante.
Passo 2
Mas como podemos relacionar os dados de taxa de escoamento com a variação do raio e da altura? Pra isso podemos usar a fórmula de volume do cone:
A taxa de escoamento nada mais é do que a velocidade com que a pilha de trigo está sendo formada, ou seja, a velocidade de formação desse cone ()
Já que nessa questão não vamos nos preocupar em saber a taxa com que a altura do cone cresce, podemos substituir dentro da expressão do volume que:
Fazendo isso ficamos com:
Passo 3
Agora pra relacionarmos as taxas de crescimento desses caras, podemos derivar em relação ao tempo a expressão do volume:
Pela regra da cadeira:
Chegamos que:
Passo 4
Usando que:
E se naquele instante, então :
Substituindo na equação (1):
Passo 5
Agora vamos pro último passo. O enunciado pergunta com que rapidez com que está aumentando a circunferência da base, ou seja, o quão rápido a área da base aumenta ().
Para a base do cone, podemos escrever sua área como sendo:
Derivando em relação ao tempo essa expressão:
Pela regra da cadeia:
Mas achamos ali em cima que E além disso . Então