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Sustentabilidade

Grau Técnico
Você é um engenheiro térmico responsável por projetar um sistema de aquecimento para uma barra de metal que será usada em um experimento científico. A barra tem um comprimento de L=1 metro e inicialmente está à temperatura ambiente (u(x,0)=0). Você tem a opção de manter as extremidades da barra a temperaturas constantes T1=0 e T2=1. Seu objetivo é prever como a temperatura na barra mudará ao longo do tempo para garantir que o experimento seja bem-sucedido. Utilizando a equação do calor e as condições de contorno de Dirichlet, qual técnica matemática você usaria para modelar a distribuição de temperatura na barra e que tipo de funções apareceriam na solução? Escolha uma: a. Usaria a técnica de separação de variáveis e a solução envolveria funções trigonométricas. b. Usaria a técnica de elementos finitos e a solução envolveria funções logarítmicas. c. Usaria a técnica de diferenças finitas e a solução envolveria funções polinomiais. d. Usaria a técnica de séries de Fourier e a solução envolveria funções exponenciais. e. Usaria a técnica de separação de variáveis e a solução envolveria funções hiperbólicas.
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Andreia Morais

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Respostas

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Para resolver o problema apresentado, precisamos considerar a equação do calor e as condições de contorno de Dirichlet. A técnica mais adequada para modelar a distribuição de temperatura em uma barra com extremidades a temperaturas constantes é a separação de variáveis. Analisando as opções: a) Usaria a técnica de separação de variáveis e a solução envolveria funções trigonométricas. - A separação de variáveis é uma técnica válida, mas a solução para a equação do calor com condições de contorno de Dirichlet geralmente envolve funções senoidais (trigonométricas). b) Usaria a técnica de elementos finitos e a solução envolveria funções logarítmicas. - A técnica de elementos finitos é mais complexa e não é a abordagem padrão para este tipo de problema. c) Usaria a técnica de diferenças finitas e a solução envolveria funções polinomiais. - Diferenças finitas é uma técnica numérica, mas não é a mais adequada para a solução analítica da equação do calor. d) Usaria a técnica de séries de Fourier e a solução envolveria funções exponenciais. - Embora as séries de Fourier possam ser usadas, a solução para a equação do calor com condições de contorno de Dirichlet geralmente envolve funções senoidais, não exponenciais. e) Usaria a técnica de separação de variáveis e a solução envolveria funções hiperbólicas. - A separação de variáveis é correta, mas a solução para este problema específico não envolve funções hiperbólicas. Portanto, a alternativa que melhor se encaixa é a) Usaria a técnica de separação de variáveis e a solução envolveria funções trigonométricas.

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