Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 7.9 - Ex. 52
Um funny car acelera a partir do repouso, percorrendo uma certa distância no tempo , com o motor funcionando com potência constante . Se os mecânicos conseguem aumentar a potência do motor de um pequeno valor , qual é a variação do tempo necessário para percorrer a mesma distância?
Passo 1
Essa é uma questão que vamos pincelar os conceitos de trabalho, energia e potência. Inicialmente, devemos lembrar do teorema trabalho-energia cinética que nos diz que a o trabalho total realizado é igual a variação da energia cinética:
Além disso, devemos lembrar da relação da potência com o trabalho:
Por fim, devemos ter no sangue os conceitos de derivada e integral que serão fundamentais na resolução desta questão. Como eu sei? Olha o enunciado, quando ele envolve um , pequenos valores, já tem que vir na mente uma luz voltada para o conceito da derivada, integral... Beleza? Vamos lá!
Passo 2
Vamos iniciar a resolução desse problema escrevendo o trabalho:
Como o carro parte do repouso, então e:
Passo 3
Com a função do trabalho em mãos, vamos usar a equação da potência:
Como a massa é constante, então vamos derivar apenas a velocidade, porém como nós sabemos que a velocidade é escrita em função do tempo, devemos aplicar a regra da cadeia. Assim:
Isolando o :
Integrando dos dois lados:
Então:
Passo 4
Agora, como o problema pede para relacionar com o deslocamento, devemos lembrar que:
Isolando :
E integrando dos dois lados:
Como não sabemos a relação de com o tempo , então vamos usar a para fugir de :
Passo 5
Com a em mãos, devemos achar alguma forma de relacioná-la com a , pois desejamos relacioná-la com o tempo . De maneira direta, podemos elevar os dois lados ao quadrado, para aparecer na a . Assim:
Agora, conseguimos já identificar a na . Assim, combinando-as:
Colocando tudo o que for constante de um lado:
Assim, derivando a equação acima, lembrando que como é uma multiplicação no lado direito da igualdade, devemos aplicar a regra do produto, então:
Assim, isolando :
Ou para ficar mais visual, podemos reescrever a equação acima usando outra notação para a derivada: