O que representam variáveis de estado?
Passo 1
Vamos entender o que são variáveis de estado. Esse conceito é usado principalmente em áreas como engenharia, física e matemática aplicada, especialmente quando estudamos sistemas dinâmicos. Para resolver essa questão, precisamos entender o que é um sistema dinâmico e como as variáveis de estado ajudam a descrever esse sistema.
Passo 2
Primeiro, vamos definir o que é um sistema dinâmico. Um sistema dinâmico é qualquer sistema que muda ao longo do tempo. Pode ser algo simples, como a temperatura de uma sala, ou complexo, como o movimento de um avião. Para prever como o sistema vai se comportar no futuro, precisamos saber tudo o que está acontecendo agora, ou seja, precisamos de informações completas sobre o estado atual do sistema.
Passo 3
Aqui entram as variáveis de estado. Elas são um conjunto de quantidades que descrevem completamente o estado atual do sistema. Isso significa que, se conhecermos todas as variáveis de estado em um determinado momento, podemos prever como o sistema vai evoluir no futuro, usando as leis que regem o sistema.
Passo 4
Por exemplo, considere um simples sistema massa-mola. As variáveis de estado podem ser a posição da massa (
) e sua velocidade (
). Com esses dois valores, podemos usar as equações do movimento para calcular a posição e a velocidade em qualquer outro momento.
Passo 5
Matematicamente, podemos representar as variáveis de estado usando equações diferenciais. Se denotarmos o vetor de estado por
, temos:
Aqui,
é uma função que descreve como o estado muda ao longo do tempo, e
representa entradas externas ao sistema.
Passo 6
Em resumo, as variáveis de estado são essenciais porque nos permitem descrever completamente o estado atual de um sistema dinâmico e prever seu comportamento futuro usando as leis que governam o sistema.
Resposta
As variáveis de estado representam um conjunto completo de quantidades que descrevem totalmente o estado atual de um sistema dinâmico, permitindo prever seu comportamento futuro com base nas leis que regem o sistema.