viernes, 9 de noviembre de 2012

A continuacion se presentaran varios problemas de la vida cotidiana resueltos donde se aplica el culcalo diferencial, a travez, de problemas de razon de cambio:


Problemas de razon de Cambio

Problema de la sombra
Paulina, de $1,2$$metros$ de alto, corre en la noche alejandose de un poste a la velocidad de $5\dfrac{mts}{seg};$ el foco del poste que ilumina a Paulina esta a $7,5$$metros$ de altura. A medida que se aleja del poste la sombra de lella crece (¿es verdad? o ¿realmente decrece?).
Contestemos las siguientes preguntas
a.- ¿A qué velocidad cambia el largo de la sombra de Paulina ?
b.- El extremo de la sombra se aleja también del poste, la velocidad de este alejamiento ¿ es la misma velocidad de la niña? o ¿es la misma velocidad dada como respuesta a la pregunta anterior?.

Apendi1__6.png

Sea:
$x(t)$ la distancia de la niña al poste en el instante $t,$
$s(t)$ el largo de la sombra de la niña en el tiempo $t$
Entonces la velocidad de la niña es $\dfrac{dx(t)}{dt}$ y en término de estas variables, lo que buscamos para contestar la primera pregunta es $\dfrac{ds(t)}{dt}$
Lo que debemos hacer es encontrar una relación en donde aparezca $s(t)$ y después derivar.
Como los triángulos $ABC$ y $DEB$ son semejantes (tienen los mismos ángulos), se da la siguiente relación entre los lados
MATH
y de esta forma tenemos
MATH
Que es lo mismo que
MATH
$6s(t)=1,5x(t)$
$s(t)=0,25x(t)$
derivando a ambos lados
MATH
La pregunta b se refiere a la derivada de la suma $x(t)+s(t)$ y como conocemos cada derivada, la respuesta es no es igual a ninguna de las dos sugeridas, la velocidad del extremo de la sombra es MATH
Supongamos ahora que Pedrito es el que corre, pero a $20\dfrac{km}{hr},$
´¿Cuál corre más rápido, Pedrito o la niña?
Si Pedrito mide $135cm,$ ¿A qué velocidad el extremo de la sombra se aleja del poste?
Problema de la escalera
Una escalera de metal con ruedas en su base esta apoyada en una muralla de tal forma que su extremo superior esta a $3mts$ del suelo. El bloqueo de sus ruedas le impide moverse. La escalera mide $4mts$ de largo y es pesada de modo tal que cuando se desbloquean las ruedas la escalera se desliza en la muralla moviendose su extremo superior a la velocidad de MATH Cuando esta a un metro del suelo ¿a qué velocidad se mueven las ruedas en ese instante?
Para contestar esa pregunta necesitamos definir algunas variables y hacer un diagrama del problema
El diagrama del problema es:.

Apendi1__29.png

Sean:
$r(t)$ la distancia de las ruedas a la muralla y
$h(t)$ la distancia del extremo superior de la escalera al suelo.
Por lo tanto MATH y lo que buscamos es $\dfrac{dr}{dt}$ en $t_{0}$ que es el instante en que la escalera está a $1metro$ del suelo, es decir, $h(t_{0})=1$ metro.
Como se ve, la muralla con la escalera y el suelo en todo tiempo $t$ forman un triángulo rectángulo asi tenemos el teorema de Pitágoras,
MATH
derivando en ambos lados de la igualdad (y usando la regla de la cadena) tenemos
MATH
MATH
y por lo tanto en el instante $t_{0}$
MATH
Usando $\clubsuit $ podemos obtener $r(t_{0})$
MATH
$r(t_{0})=\sqrt{15}$
Por lo tanto las ruedas se deslizan a la velocidad de
MATH
¿Por qué nos dió una respuesta negativa?
Por el sistema de referencia elegido; como la distancia $h(t)$ disminuye, la velocidad de caida de la escalera debería ser negativa, es decir, en vez de haber puesto en $\blacktriangle $$100\dfrac{mt}{sg}$ deberiamos haber puesto MATH




  El globo de Pedrito
En una carretera un auto va a $90\dfrac{km}{hr},$ en el interior va Pedrito con un globo con helio. Pedrito suelta el globo y este sube en forma perpendicular a $10\dfrac{mt}{sg}.$ Veamos a qué velocidad se separa Pedrito del globo después de $7$ segundos.
Esquema del problema

Apendi1__90.png

Sea $t=0$ el instante que Pedrito suelta el globo y sea $x(t)=AB$ la distancia entre el globo y el auto, $g(t)=CB$ la distancia del globo al suelo, $a(t)=AC$ la distancia del auto al punto de $C$ , donde se forma un ángulo recto.
¿Qué buscamos?. $\ $Respuesta :$\dfrac{dx}{dt}(7)$
¿Qué tenemos?. $\ $Respuesta :MATH en particular MATH
$\dfrac{da}{dt}(t),$ el cual esta en kilómetros por hora, asi que debemos cambiarla a metros segundos
MATH
Como $ABC$ forma un triángulo rectángulo
MATH
MATH
MATH
MATH
por lo tanto necesitamos $g(7),x(7),a(7)$
MATH después de $7$ segundo el globo esta a $10\ast 7=70$ metros
MATHdespués de $7$ segundo el auto está a MATH metros y utilizando $\maltese $ en $t=7$
MATH
De esta forma tenemos toda la información para ponerla en $\heartsuit $
MATH
MATH
$\ $