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Cálculo de Volume de um Cone através de Derivadas

Um reservatório tem a forma de um cone com vértice para baixo e 2m de altura. O raio da cobertura é 1m. Enche-se o reservatório a razão 3m/s. Quão rapidamente se eleva o nível da água no instante em que sua profundidade é de 1,5m ? ( O volume de um cone de altura h e raio da base r é V = (πr²h)/3 )

Fonte: Lista de Cálculo A de meu professor

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Vamos montar em uma figura a situação do problema:

Ex

Pela imagem temos:

\(R=\) raio do cone maior

\(H=\)altura do cone maior

\(r=\) raio do cone menor ( o cone que o liquido forma)

\(h=\) altura do cone menor


Da semelhança entre o cone formado por água e o reservatório, temos:

\(\frac{H}{R} = \frac{h}{r}    \\ \frac{2}1 =\frac{ h}{r} \\ \frac{h}r=2\\ r = \frac{h}2        \)



Substituindo essa última equação na fórmula de volume do cone, temos:

\(V(h) = (\frac{1}3).π.r².h \\ V(h) = (\frac{1}3).π.(\frac{h}2)².h\\  V(h) =(\frac{1}3).π.(\frac{h^2}4).h\\  V(h) =π.\frac{h^3}{12}\\\)



Derivando \(V(h )\)em relação ao tempo, temos: 

\(\frac{dv}{dt} = (\frac{3π}{12})h^2.\frac{dh}{dt}\)

Mas, do enunciado, temos que \(\frac{dv}{dt}=3m/s\) e \(h=1,5m\)  Substituindo os dados acima:

\(\frac{dv}{dt} = (\frac{3π}{12})h^2.\frac{dh}{dt}\\ 3= (\frac{3π}{12})(1,5)^2.\frac{dh}{dt}\\ \frac{3.12}{3\pi.1,5^2}=\frac{dh}{dt}\\ \frac{dh}{dt}=0,14m/s\)

Portanto,  \(\boxed{\frac{dh}{dt}=0,14m/s}\)
 

 

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