Ii CAL1 • Aplicaciones_derivada

CALC_DER_331

Cálculo de Granville

125 / 174

Enunciado

Paso 1:
Una cometa, a $120\text{ ft}$ de altura sobre el suelo, se mueve horizontalmente a razón de $10\text{ ft/sec}$. ¿A qué razón disminuye la inclinación del hilo con la horizontal cuando se han soltado $240\text{ ft}$ de hilo?

Solución Paso a Paso

1. Datos del problema:
  • Altura constante del cometa: $y = 120\text{ ft}$.
  • Velocidad horizontal: $\frac{dx}{dt} = 10\text{ ft/sec}$.
  • Longitud del hilo: $z = 240\text{ ft}$.
  • Incógnita: $\frac{d\theta}{dt}$ (razón de cambio del ángulo de inclinación $\theta$).


2. Fórmulas y propiedades:
Utilizaremos la relación trigonométrica de la cotangente para vincular la distancia horizontal $x$ con el ángulo $\theta$:
$$ \cot(\theta) = \frac{x}{y} \implies x = y \cot(\theta) $$
O bien, usando la función seno para hallar el ángulo en el punto específico:
$$ \sin(\theta) = \frac{y}{z} $$

3. Desarrollo paso a paso:
Primero, determinamos el valor de $\theta$ cuando $z = 240\text{ ft}$:
$$ \sin(\theta) = \frac{120}{240} = \frac{1}{2} \implies \theta = 30^\circ = \frac{\pi}{6}\text{ rad} $$

Ahora, derivamos la relación $x = 120 \cot(\theta)$ con respecto al tiempo $t$ usando la regla de la cadena:
$$ \frac{dx}{dt} = 120 \left( -\csc^2(\theta) \right) \frac{d\theta}{dt} $$

Despejamos $\frac{d\theta}{dt}$:
$$ \frac{d\theta}{dt} = \frac{\frac{dx}{dt}}{-120 \csc^2(\theta)} $$

Sustituimos los valores conocidos: $\frac{dx}{dt} = 10$ y $\csc(\pi/6) = 2$ (ya que $\sin(\pi/6) = 1/2$):
$$ \begin{aligned} \frac{d\theta}{dt} &= \frac{10}{-120 (2)^2} \\ \frac{d\theta}{dt} &= \frac{10}{-120 \cdot 4} \\ \frac{d\theta}{dt} &= -\frac{10}{480} = -\frac{1}{48}\text{ rad/sec} \end{aligned} $$

El signo negativo indica que el ángulo está disminuyendo.

4. Resultado final:
$$ \boxed{\frac{1}{48}\text{ rad/sec}} $$

Ejercicios Relacionados

Mismo Capítulo

Ejercicios de Aplicaciones_derivada

Ver Ejercicios
Mismo Nivel

Ejercicios de nivel Ii

Ver Ejercicios
Misma Materia

Ejercicios de

Ver Ejercicios