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 a função que descreve a temperatura interna do forno em graus Celsius em função do tempo , em minutos. O forno está à temperatura ambiente quando é ligado (instante ). A partir desse momento, o sistema injeta potência máxima para que o forno aqueça rapidamente. Conforme a temperatura se aproxima do valor alvo (C), o sistema reduz gradativamente a potência para evitar superaquecimento. Finalmente, a temperatura estabiliza exatamente em C e permanece constante.
A derivada 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 :
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.
(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 :
- começa na temperatura ambiente em e aumenta rapidamente no início (potência máxima);
- à medida que se aproxima de , o sistema reduz gradativamente a potência para evitar superaquecimento, então o aumento de continua, mas cada vez mais lento;
- ao estabilizar exatamente em e permanecer constante, temos um trecho em que é constante.
Como é a taxa instantânea de variação:
- Enquanto a temperatura está subindo, .
- Como o aquecimento vai ficando “mais fraco” (potência reduzida), essa taxa diminui ao longo do tempo.
- Quando a temperatura se torna constante em , a variação passa a ser zero, logo nessa fase. Portanto, durante a aproximação e estabilização, tende a .
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 na estabilização.
- (C) errada: se começa aquecendo com potência máxima, a taxa não é inicialmente zero.
- (D) errada: reduzir potência não implica ; negativo seria resfriamento (temperatura caindo).
- (E) errada: não é o valor da temperatura; na estabilização, , e .
Logo, a alternativa correta é (B).