UFU, Sem Campus, Cálculo 1, Profº Sato - Listas de Cálculo 1 - 2ª Lista de Exercícios, Questão 4.1a
Se um tanque contém, inicialmente, 5.000 galões de água, que escoa pelo fundo em 40 minutos,
então a Lei de Torricelli dá o volume V de água que restou no tanque depois de t minutos como
,em que
Encontre a taxa segundo a qual a água está escoando do tanque depois de: (a) 5 min, (b)
10 min, (c) 20 min e (d) 40 min.
Passo 1
Eaew, belezinha?
O enunciado nos dá uma função que, para cada instante de tempo entre 0 minutos e 40 minutos, nos retorna o volume de água em galões que o tanque possui nesse instante de tempo. Por exemplo, para t = 0, ou seja, no instante inicial, temos que o tanque se encontra completamente cheio, se substituirmos t = 0 na função , enquanto que, no instante final, em t = 40 minutos, temos que o tanque está completamente vazio, porque . A questão pede para encontrarmos a taxa de escoamento do tanque para diferentes instantes de tempo, então para isso, precisamos calcular sua derivada temporal para descobrir como a função varia no tempo! Bora derivar então! Para derivar essa função vamos utilizar a regra da cadeia, pois a função pode ser vista como uma composição das funções e . Assim, a função pode ser escrita como e sua derivada será dada através da regra da cadeia
Agora, temos uma função que para cada instante de tempo t dado nos dá a taxa de escoamento do tanque!
Passo 2
- Para descobrir a taxa de escoamento do tanque após 5 minutos, precisamos substituir t = 5 na função derivada V’(t). Fazendo isso, obtemos
- Agora, para descobrir a taxa de escoamento do tanque após 10 minutos, fazemos t = 10 na função derivada V’(t):
- Para t = 20 min, temos
- Para t = 40, temos
Como esperado, no instante final, a taxa de escoamento é nula, pois o tanque está vazio.
Resposta
- -218,75 galões/min
- -187,5 galões/min
- -125 galões/min
- 0 galões/min