Um forno industrial moderno possui um sistema inteligente de controle de temperatura. Seja $T(t)$ a função que descreve a temperatura interna do forno em graus Celsius em função do tempo $t$, em minutos. O forno está à temperatura ambiente quando é ligado (instante $t = 0$). A partir desse momento, o sistema injeta potência máxima para que o forno aqueça rapidamente. Conforme a temperatura se aproxima do valor alvo ($200^\circ$C), o sistema reduz gradativamente a potência para evitar superaquecimento. Finalmente, a temperatura estabiliza exatamente em $200^\circ$C e permanece constante. A derivada $T'(t)$ dessa função é a taxa de variação instantânea da temperatura com relação ao tempo (também conhecida como "velocidade de aquecimento"). Ao longo de todo o processo de aquecimento descrito, é correto afirmar que $T'(t)$:

Questão

Um forno industrial moderno possui um sistema inteligente de controle de temperatura. Seja T(t)T(t) a função que descreve a temperatura interna do forno em graus Celsius em função do tempo tt, em minutos. O forno está à temperatura ambiente quando é ligado (instante t=0t = 0). A partir desse momento, o sistema injeta potência máxima para que o forno aqueça rapidamente. Conforme a temperatura se aproxima do valor alvo (200200^\circC), o sistema reduz gradativamente a potência para evitar superaquecimento. Finalmente, a temperatura estabiliza exatamente em 200200^\circC e permanece constante.

A derivada T(t)T'(t) dessa função é a taxa de variação instantânea da temperatura com relação ao tempo (também conhecida como "velocidade de aquecimento").

Ao longo de todo o processo de aquecimento descrito, é correto afirmar que T(t)T'(t):

Alternativas

(A) é constante e positiva durante todo o processo, pois a temperatura do forno está sempre aumentando até atingir o alvo.

(B) começa com um valor positivo alto e diminui progressivamente, aproximando-se de zero conforme a temperatura estabiliza em 200 °C.

95%

(C) é inicialmente zero, aumenta conforme o forno esquenta e atinge seu valor máximo exatamente no momento em que a temperatura chega a 200 °C.

(D) torna-se negativa assim que o sistema começa a reduzir a potência, indicando que o aquecimento está perdendo força.

(E) é igual a 200 no momento da estabilização, representando o valor final da função temperatura.

Explicação

Pelo enunciado, a temperatura T(t)T(t):

  1. começa na temperatura ambiente em t=0t=0 e aumenta rapidamente no início (potência máxima);
  2. à medida que se aproxima de 200C200\,^{\circ}\text{C}, o sistema reduz gradativamente a potência para evitar superaquecimento, então o aumento de T(t)T(t) continua, mas cada vez mais lento;
  3. ao estabilizar exatamente em 200C200\,^{\circ}\text{C} e permanecer constante, temos um trecho em que T(t)T(t) é constante.

Como T(t)T'(t) é a taxa instantânea de variação:

  • Enquanto a temperatura está subindo, T(t)>0T'(t) > 0.
  • Como o aquecimento vai ficando “mais fraco” (potência reduzida), essa taxa diminui ao longo do tempo.
  • Quando a temperatura se torna constante em 200C200\,^{\circ}\text{C}, a variação passa a ser zero, logo T(t)=0T'(t)=0 nessa fase. Portanto, durante a aproximação e estabilização, T(t)T'(t) tende a 00.

Analisando as alternativas:

  • (A) errada: não é constante, pois o controle reduz a potência.
  • (B) correta: começa positiva alta e vai diminuindo até se aproximar de 00 na estabilização.
  • (C) errada: se começa aquecendo com potência máxima, a taxa não é inicialmente zero.
  • (D) errada: reduzir potência não implica T(t)<0T'(t)<0; negativo seria resfriamento (temperatura caindo).
  • (E) errada: T(t)T'(t) não é o valor da temperatura; na estabilização, T(t)=0T'(t)=0, e T(t)=200T(t)=200.

Logo, a alternativa correta é (B).

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