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A equação da temperatura de uma placa de metal aquecida reflete um sistema físico onde a distribuição térmica é fundamental para a segurança e funcionalidade do material. Suponha que essa placa esteja localizada em um laboratório industrial, onde processos de fundição e conformação exigem controle rigoroso do calor para evitar tensões térmicas e falhas estruturais. Considere a temperatura T no ponto (x,y) de uma placa de metal circular aquecida com centro na origem (0,0) é dada por T = 400 x 2 + y 2 + 2 , onde T é medido em graus Celsius e x, y em centímetros. Calcule a direção que deve ser tomada no ponto (2,2), para que T aumente o mais rápido possível. Assinale a alternativa que representa esse resultado.
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Lucas Pimenta

há 3 semanas

Respostas

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Ed Verified user icon

há 3 semanas

Vamos resolver passo a passo: 1. A temperatura é dada por: \( T(x,y) = 400x^2 + y^2 + 2 \) 2. Para encontrar a direção de maior aumento da temperatura no ponto (2,2), precisamos calcular o gradiente de \( T \), que é o vetor das derivadas parciais: \[ \nabla T = \left( \frac{\partial T}{\partial x}, \frac{\partial T}{\partial y} \right) \] 3. Calcule as derivadas parciais: \[ \frac{\partial T}{\partial x} = 800x \] \[ \frac{\partial T}{\partial y} = 2y \] 4. Avalie no ponto (2,2): \[ \frac{\partial T}{\partial x} (2,2) = 800 \times 2 = 1600 \] \[ \frac{\partial T}{\partial y} (2,2) = 2 \times 2 = 4 \] 5. O vetor gradiente no ponto (2,2) é: \[ \nabla T (2,2) = (1600, 4) \] 6. A direção de maior aumento da temperatura é na direção do vetor gradiente. Para indicar apenas a direção, podemos normalizar esse vetor: \[ \|\nabla T\| = \sqrt{1600^2 + 4^2} \approx \sqrt{2.560.000 + 16} = \sqrt{2.560.016} \approx 1600 \] Portanto, a direção unitária é aproximadamente: \[ \left( \frac{1600}{1600}, \frac{4}{1600} \right) = (1, 0,0025) \] Resposta: A direção que deve ser tomada no ponto (2,2) para que a temperatura aumente mais rápido é na direção do vetor \(\mathbf{v} = (1600, 4)\), ou aproximadamente na direção quase horizontal para a direita, com um pequeno componente vertical para cima.

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Bruno Martins

anteontem

B

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