Encontrar a distância total percorrida pela particula
, entre
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para encontrarmos a distância total percorrida por uma partícula cuja velocidade é dada por
, no intervalo de tempo entre
e
. Para isso, vamos utilizar conceitos de cálculo, especificamente integrais, e entender como a velocidade está relacionada à distância percorrida.
Passo 2
Primeiro, é importante lembrar que a distância total percorrida por uma partícula é obtida integrando a velocidade em relação ao tempo. Matemáticamente, isso é representado por:
Aqui, usamos o valor absoluto de
porque a distância sempre é positiva, mesmo que a velocidade seja negativa em algum intervalo.
Passo 3
Vamos então identificar nossos limites de integração. O exercício nos dá
e
como os pontos inicial e final do intervalo de tempo. Portanto,
e
.
Passo 4
Agora, substituímos
na integral:
Simplificando a constante:
Passo 5
Observamos que o cosseno é uma função que oscila entre -1 e 1. O valor absoluto de
garante que estamos sempre somando valores positivos. Para integrar
, precisamos identificar em quais intervalos
é positivo ou negativo no nosso intervalo de integração.
Passo 6
O cosseno de qualquer ângulo é positivo quando o ângulo está no primeiro ou quarto quadrante e negativo no segundo e terceiro. Vamos resolver
para encontrar os pontos onde a função muda de sinal:
Então, no intervalo de
a
, a função
será positiva de
a
e negativa de
a
.
Passo 7
Com isso, podemos dividir a integral em duas partes onde a função é positiva e negativa:
Note que o segundo integral é subtraído porque
é negativo nessa faixa, e o valor absoluto o torna positivo.
Passo 8
Vamos calcular cada integral separadamente. Primeiramente, a integral de
é:
Agora, aplicamos os limites de integração:
Passo 9
Substituindo de volta na expressão da distância total:
Resposta
A distância total percorrida pela partícula entre
e
é
unidades de distância.