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Um objeto de massa m é abandonado de uma altura S_0 em relação ao solo. Após t segundos a sua altura S(t) pode ser calculada pela expressão a seguir: Descrição da imagem não disponível em que k é o coeficiente de resistência do ar e a aceleração da gravidade. Fazendo = 2 kg, S0 = 40 m, = 0,6 kg/s e= 9,81 m/s2 , use o método gráfico para isolar a raiz e, posteriormente, calcule o tempo que o objeto leva para atingir o solo utilizando o método da bisseção, com uma tolerância ϵ ≤ 0,001.
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Paulo Freitas

há 4 semanas

Respostas

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há 4 semanas

Para resolver essa questão, precisamos seguir alguns passos. Primeiro, vamos entender a expressão que descreve a altura do objeto em função do tempo, que geralmente tem a forma: \[ S(t) = S_0 - \left( \frac{mg}{k} \right) \left( 1 - e^{-\frac{kt}{m}} \right) \] onde: - \( S_0 = 40 \, m \) (altura inicial) - \( m = 2 \, kg \) (massa do objeto) - \( k = 0,6 \, kg/s \) (coeficiente de resistência do ar) - \( g = 9,81 \, m/s^2 \) (aceleração da gravidade) Para encontrar o tempo que o objeto leva para atingir o solo, precisamos resolver a equação \( S(t) = 0 \): \[ 0 = 40 - \left( \frac{2 \cdot 9,81}{0,6} \right) \left( 1 - e^{-\frac{0,6t}{2}} \right) \] Agora, isolamos a raiz e aplicamos o método da bisseção. O método da bisseção envolve escolher dois valores de \( t \) (por exemplo, \( t_1 = 0 \) e \( t_2 = 10 \)) e verificar o sinal da função \( S(t) \) nesses pontos. 1. Calcule \( S(t_1) \) e \( S(t_2) \). 2. Se \( S(t_1) \) e \( S(t_2) \) tiverem sinais opostos, calcule o ponto médio \( t_m = \frac{t_1 + t_2}{2} \) e avalie \( S(t_m) \). 3. Se \( S(t_m) \) for próximo de zero (dentro da tolerância \( \epsilon \)), você encontrou a raiz. Caso contrário, ajuste \( t_1 \) ou \( t_2 \) com base no sinal de \( S(t_m) \) e repita o processo. Continue esse processo até que a diferença entre \( t_1 \) e \( t_2 \) seja menor que \( 0,001 \). Esse método gráfico e a bisseção são eficazes para encontrar a solução numérica. Se precisar de mais detalhes sobre os cálculos, é só avisar!

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