Um motorista entra numa rua sem saída com uma velocidade de 36 km/h. Ao se deparar com o fim da rua, pára, dá marcha a ré e retorna. O gráfico abaixo mostra sua aceleração em função do tempo. Faça o gráfico da velocidade entre t = 0 min e t = 3,0 min. No gráfico utilize |v| em km/min. Use: [L] = km e [t] = min.

Questão

Um motorista entra numa rua sem saída com uma velocidade de 36 km/h. Ao se deparar com o fim da rua, pára, dá marcha a ré e retorna. O gráfico abaixo mostra sua aceleração em função do tempo. Faça o gráfico da velocidade entre t = 0 min e t = 3,0 min. No gráfico utilize |v| em km/min. Use: [L] = km e [t] = min.

Imagem 1

Gráfico (aceleração x tempo) representado pela função por trechos: a(t) = { 0.2 km/min² para 0 ≤ t < 0.5; 0.4 km/min² para 0.5 ≤ t < 1.5; -0.8 km/min² para 1.5 ≤ t < 2.5; -0.2 km/min² para 2.5 ≤ t ≤ 3.0 }

Resposta

Como não há alternativas, o resultado é o gráfico (por trechos) de ∣v(t)∣|v(t)| em km/min.

Explicação

Velocidade inicial: 36 km/h=3660=0,6 km/min36\,\text{km/h}=\dfrac{36}{60}=0{,}6\,\text{km/min}.

Como a(t)a(t) é constante em cada intervalo, v(t)v(t) é linear em cada trecho, com variação Δv=a Δt\Delta v=a\,\Delta t.

Trecho 1: 0≤t<0,50\le t<0{,}5

Δv=0,2⋅0,5=0,1\Delta v=0{,}2\cdot 0{,}5=0{,}1.

Logo, v(t)=0,6+0,2tv(t)=0{,}6+0{,}2t e

  • v(0)=0,6v(0)=0{,}6
  • v(0,5)=0,7v(0{,}5)=0{,}7.

Trecho 2: 0,5≤t<1,50{,}5\le t<1{,}5

Δv=0,4⋅1,0=0,4\Delta v=0{,}4\cdot 1{,}0=0{,}4.

Partindo de v(0,5)=0,7v(0{,}5)=0{,}7:  v(t)=0,7+0,4(t−0,5)\,v(t)=0{,}7+0{,}4(t-0{,}5) e

  • v(1,5)=1,1v(1{,}5)=1{,}1.

Trecho 3: 1,5≤t<2,51{,}5\le t<2{,}5

Δv=−0,8⋅1,0=−0,8\Delta v=-0{,}8\cdot 1{,}0=-0{,}8.

 v(t)=1,1−0,8(t−1,5)\,v(t)=1{,}1-0{,}8(t-1{,}5) e

  • v(2,5)=0,3v(2{,}5)=0{,}3.

Trecho 4: 2,5≤t≤3,02{,}5\le t\le 3{,}0

Δv=−0,2⋅0,5=−0,1\Delta v=-0{,}2\cdot 0{,}5=-0{,}1.

 v(t)=0,3−0,2(t−2,5)\,v(t)=0{,}3-0{,}2(t-2{,}5) e

  • v(3,0)=0,2v(3{,}0)=0{,}2.

Note que em todo o intervalo 0≤t≤30\le t\le 3 a velocidade calculada permanece positiva (não zera), então ∣v(t)∣=v(t)|v(t)|=v(t) nesse intervalo.

Assim, o gráfico pedido é a poligonal ligando os pontos (em unidades (t,∣v∣)(t,|v|)): (0,0,6)→(0,5,0,7)→(1,5,1,1)→(2,5,0,3)→(3,0,0,2).(0,0{,}6)\to(0{,}5,0{,}7)\to(1{,}5,1{,}1)\to(2{,}5,0{,}3)\to(3{,}0,0{,}2).

Em forma de função:

0{,}6+0{,}2t, & 0\le t<0{,}5\\[4pt] 0{,}7+0{,}4(t-0{,}5), & 0{,}5\le t<1{,}5\\[4pt] 1{,}1-0{,}8(t-1{,}5), & 1{,}5\le t<2{,}5\\[4pt] 0{,}3-0{,}2(t-2{,}5), & 2{,}5\le t\le 3{,}0 \end{cases}$$ Alternativa correta: (não há).
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