Para iniciar a entrega de nosso projeto, vamos fazer um teste de verificação. Precisamos realizar um exercício que nos ajude a fixar e praticar a discretização de equações diferenciais. Vamos utilizar para isso, o estudo de um corpo em queda amortecida.
Um objeto cai de uma altura inicial H. O mesmo é puxado por sua força peso (mg) e, além disso, há sobre ele uma força de arraste (kV). A equação da força resultante é expressa por:
Determine o tempo necessário para que este corpo chegue ao solo (X = 0). Para tanto, utilize as seguintes informações:
H → Entre 2000 e 3000 m
m → Entre 60 e 100 kg
k → Entre 8 e 22 kg/s
g = 9,8 m/s²
∆t = 0,1 s
Para determinar o tempo necessário para que o corpo chegue ao solo (X = 0), podemos utilizar o método de Euler para discretizar a equação diferencial dada. Primeiramente, precisamos definir as condições iniciais do problema, ou seja, a posição inicial X0 e a velocidade inicial X'0 do corpo. Supondo que o corpo esteja em repouso no instante inicial, temos X0 = H e X'0 = 0. Em seguida, podemos utilizar a fórmula de Euler para avançar no tempo e obter a posição e a velocidade do corpo em cada instante. A fórmula de Euler é dada por: Xn+1 = Xn + ∆t * X'n X'n+1 = X'n + ∆t * X''n Onde Xn e X'n são a posição e a velocidade do corpo no instante n, X''n é a aceleração do corpo no instante n, ∆t é o intervalo de tempo entre as iterações e Xn+1 e X'n+1 são a posição e a velocidade do corpo no instante n+1. Para aplicar a fórmula de Euler, precisamos calcular a aceleração do corpo em cada instante. Substituindo a equação da força resultante na equação da segunda lei de Newton, temos: X''n = (-k/m) * X'n - g Substituindo os valores dados, temos: X''n = (-k/m) * X'n - 9,8 Agora podemos aplicar a fórmula de Euler para avançar no tempo e obter a posição e a velocidade do corpo em cada instante. O processo deve ser repetido até que a posição do corpo seja igual a zero, ou seja, o corpo tenha chegado ao solo. O tempo necessário para que isso ocorra é o tempo total de simulação. Lembrando que os valores de H, m e k devem ser escolhidos dentro dos intervalos dados.
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