Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 2.2 - Ex. 21
Uma partícula oscila ao longo de uma linha reta com uma velocidade variando senoidalmente em milímetros por segundo dada por , onde é em segundos. Se o deslocamento da partícula é de quando , determine o seu deslocamento máximo e represente graficamente contra para um ciclo completo.
Passo 1
Nós já temos a função da velocidade em função do tempo:
E podemos reescrever como:
E então:
E segundo o enunciado:
Pronto, encontramos a função da posição!
Passo 2
Nosso primeiro objetivo agora é achar o deslocamento máximo, ou seja, qual o valor máximo que assume?
Lembrando que o cosseno sempre varia entre e , é fácil ver que a função vai ser máxima quando:
E nesse caso:
Passo 3
E agora só falta desenhar o gráfico de em função de :
Como temos uma função trigonométrica, vamos seguir os seguintes passos para esboçar o gráfico.
Primeiro vamos encontrar o valor quando :
E já sabemos que o valor máximo é:
E o valor mínimo ocorre justamente em . Para entender isso, olhe pare esse termo:
O menor valor que ele assume é , e nesse caso teremos:
Passo 4
Para completar o esboço do gráfico, precisamos achar o comprimento de um período completo. O período depende apenas do cosseno:
Quando tempo ele demora para se repetir? Bom, o cosseno se repete depois que o argumento varia de até , ou seja, precisamos achar dois valores de :
Com essas informações já podemos esboçar o gráfico:
Pronto!
Resposta
O deslocamento máximo é