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Trabalho de Cálculo Onde um piloto deve iniciar a descida? Higor Marioti Luis Fernando Mariana Martins 1 Problema: Um caminho de aproximação para uma aeronave pousando é mostrado na figura ao lado e satisfaz as seguintes condições: (i) A altitude do voo é h, quando a descida começa a uma distância horizontal l do ponto de contato na origem. (ii) O piloto deve manter uma velocidade horizontal constante v em toda a descida . (iii) O valor absoluto da aceleração vertical não deve exceder uma constante k( que é muito menos que a aceleração da gravidade, 10m/s). 2 Questão 1: Encontre um polinômio cúbico P(x) = ax³ + bx² + cx + d que satisfaça a condição (i), impondo condições adequadas a P(x) e P'(x) no início da descida e no ponto de contato. Objetivo: Encontrar um valor constantes para que a, b, c e d justificam a trajetória de voo do avião. 3 Resolução questão 1: P(0): a0³+b0²+c0+d = 0 d=0 Sabendo que o coeficiente angular do início (x=l) e final (x=0) é igual a zero, pois a reta tangente formada pelo gráfico e paralela ao eixo x, Assim: P`(0): 3a0²+2b0+c=0 c=0 4 Substituindo os valores de c e d nas funções: P(x) = ax³+bx², P'(x) = 3ax²+2bx. Fazendo x=l nas equações acima: P(l) = h al³+bl²=h, (1) P'(l) = 0 3al²+2bl=0. Assim, a = (-2b)/3l. (2) Assim, o polinômio P(x) que queríamos é igual: P(x) = (-2h/l³)x³ + (3h/l²)x². Substituindo (2) em (1): b=(3h)/l²; Então, a = (-2h)/l³. 5 Resolução questão 2: Uma vez que temos P(x) podemos fazer a derivada deste polinômio em relação ao tempo t. Apesar de não haver esta variável no polinômio, entendemos que a variável x é na verdade uma x(t). Então fazendo a derivada de P(x) em t: dP(x)/dt = (-2h/l³)3x²dx/dt + (3h/l²)2xdx/dt. Mas sabemos que dx/dt é a variação da variável x no tempo, ou seja, é na verdade a velocidade horizontal. E como foi estabelecido que durante a descida o piloto deve manter a velocidade horizontal constante, temos que dx/dt = v. Dessa forma, dP(x)/dt fica: dP(x)/dt = (-2h/l³)3x²v + (3h/l²)2xv. 6 O polinômio P(x) determina a posição vertical y do avião em função da sua posição horizontal x. Portanto, se y = P(x), a derivada segunda de P(x(t)) em relação a t determina a aceleração vertical da aeronave. Sendo assim, derivando dP(x)/dt em relação a t, lembrando que v é constante com relação ao tempo, teremos: 7 Como sabemos que o valor absoluto da componente vertical da aceleração do avião não deve exceder uma constante k podemos fazer Porem, x [0,l], segue que 8 Resolução questão 3: Suponha que uma companhia aérea decida não permitir que a aceleração vertical do avião exceda k = 1385 km/h². Se a altitude de cruzeiro do avião for 11km e a velocidade for 480km/h, a que distância do aeroporto o piloto deveria começar a descer? Sabendo que: 6hv²/l² ≤ k Então, 6*11*(480)²/l² ≤ 1385 66*230400/1385 ≤ l² (Obs: Nao alterei a desigualdade pois l² é um valor positivo) 10979,3501 ≤ l² 104,79km ≤ l 9 Resolução questão 4: Sabendo que o avião tem q começar a descer, aproximadamente, a 104,79km, assim; ‹#›