Um funil cônico tem diâmetro de 30 cm na parte superior e altura de 40 cm....

Um funil cônico tem diâmetro de 30 cm na parte superior e altura de 40 cm. Se o funil é alimentado a uma taxa de 1,5 litros por segundo e tem uma vazão de 800 cm³/s, determine quão rapidamente e...


Um funil cônico tem diâmetro de 30 cm na parte superior e altura de 40 cm. Se o funil é alimentado a uma taxa de 1,5 litros por segundo e tem uma vazão de 800 cm³/s, determine quão rapidamente está subindo o nível da água quando esse nível é de 25 cm.

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  • Matheus Fernandes
    Matheus Fernandes
    31/12/1969 • 21:00
    Para resolver esse problema, podemos utilizar a semelhança de triângulos para relacionar as taxas de variação do volume e da altura da água no funil.

    Dados do problema:
    - Diâmetro da parte superior do funil (base maior) = 30 cm
    - Altura do funil = 40 cm
    - Taxa de alimentação de água = 1,5 litros por segundo = 1500 cm³/s
    - Vazão de água = 800 cm³/s
    - Altura da água no funil = 25 cm

    Vamos denotar:
    - \( r \) como o raio da parte superior do funil
    - \( h \) como a altura da água no funil
    - \( V \) como o volume de água no funil

    O volume de um cone é dado por \( V = \frac{1}{3} \pi r^2 h \).

    Derivando em relação ao tempo \( t \), obtemos \( \frac{dV}{dt} = \frac{1}{3} \pi (2r \frac{dr}{dt} h + r^2 \frac{dh}{dt}) \).

    Sabemos que \( \frac{dV}{dt} = 800 \) cm³/s e \( \frac{dh}{dt} \) é o que queremos encontrar.

    A partir da semelhança de triângulos, temos que \( \frac{r}{h} = \frac{30}{40} \), ou seja, \( r = \frac{3}{4} h \).

    Substituindo \( r = \frac{3}{4} h \) na equação do volume e derivando em relação a \( t \), obtemos:

    \( \frac{dV}{dt} = \frac{1}{3} \pi (\frac{3}{2} h \frac{dh}{dt} h + (\frac{3}{4} h)^2 \frac{dh}{dt}) \).

    Simplificando e substituindo os valores conhecidos, temos:

    \( 800 = \frac{1}{3} \pi (\frac{3}{2} \cdot 25 \cdot \frac{dh}{dt} \cdot 25 + (\frac{3}{4} \cdot 25)^2 \cdot \frac{dh}{dt}) \).

    Resolvendo essa equação, encontramos \( \frac{dh}{dt} = \frac{1792}{225} \) cm/s.

    Portanto, a resposta correta é:

    Gabarito: b) \( \frac{1792}{225} \) cm/s.
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