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Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Se puede calcular la velocidad instantánea de un objeto utilizando límites. Digamos que usted y su gato cálculo amante está colgando hacia fuera un día, y decide dejar caer una bola fuera de su ventana del segundo piso. Ésta es la fórmula que se indica la distancia que la pelota ha caído después de un número determinado de segundos (haciendo caso omiso de la resistencia del aire):

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

(Donde h es la altura de la pelota ha caído, en pies, y t es la cantidad de tiempo desde que se dejó caer la pelota, en el segundo).

Si enchufa 1 en t, h es de 16; para que la pelota cae 16 pies durante el primer segundo.

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Ahora, lo que si se quería determinar la velocidad de la bola exactamente 1 segundo después lo ha depositado? Puedes empezar por los azotes de esta fórmula de confianza ol ':

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Utilizando el tipo, o la fórmula de velocidad, puede fácilmente averiguar la velocidad media de la pelota durante el segundo segundo de su caída. Debido a que cayó 16 pies después de 1 segundo y un total de 64 pies después de 2 segundos, cayó 64 a 16, o 48 pies, desde t = 1 segundo para t = 2 segundos.

La siguiente fórmula le da la velocidad media:

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Pero esta no es la respuesta que quiera, porque la pelota se cae cada vez más rápido a medida que cae, y quieres saber su velocidad exactamente 1 segundo después de que se te cae. La pelota se acelera entre 1 y 2 segundos, por lo que este promedio de velocidad de 48 metros por segundo durante la segunda segunda es seguro que será más rápido que la velocidad instantánea de la pelota al final de su primera segunda.

Para una mejor aproximación, calcular la velocidad media entre t = 1 segundo y t = 1,5 segundos.

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Su velocidad media es por lo tanto:

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Si continúa este proceso para los tiempos transcurridos de un cuarto de segundo, una décima de segundo, luego centésimas, milésimas, y una diezmilésima de segundo, se llega a la lista de las velocidades medias se muestran en esta tabla.

Velocidades medias de 1 segundo a T segundos
t segundos 2 1 1/2 1 1/4 1 1/10 1 centésima 1 1 / 1.000 1 1 / 10.000
Ave. velocidad de 1 seg. a t seg. 48 40 36 33.6 32.16 32.016 32.0016

Como t se acerca más y más cerca de 1 segundo, las velocidades medias parecen estar más cerca y más cerca de 32 pies por segundo.

Esta es la fórmula que se puede utilizar para generar los números de la tabla. Te da la velocidad media de entre 1 segundo y t segundos:

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

La siguiente figura muestra una gráfica de esta ecuación.

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Esta gráfica es idéntica a la gráfica de la recta y = 16 t + 16, excepto para el hoyo en (1, 32).

Hay un agujero, porque si se conecta a 1 t en la función de media velocidad, se obtiene

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que es indefinido. ¿Y por qué te metiste 0/0? Debido a que usted está tratando de determinar una velocidad media - lo que equivale a la distancia total dividida por el tiempo transcurrido - desde t = 1 at = 1. Pero desde t = 1 at = 1 es, por supuesto, no hay tiempo, y "durante" este punto en el tiempo, la pelota no viaja cualquier distancia, por lo que se obtiene

Cómo calcular la velocidad instantánea con los Límites

Obviamente hay un problema aquí. Espera a su sombrero, que has llegado a una de las grandes "Ah, ja!" Momentos en el desarrollo del cálculo diferencial.

Velocidad instantánea se define como el límite de la función de velocidad media como el tiempo transcurrido se aproxima a cero.

El hecho de que el tiempo transcurrido nunca llega a cero no afecta a la precisión de la respuesta a este problema límite - la respuesta es exactamente 32 pies por segundo, la altura del agujero en la figura. Treinta y dos es la respuesta porque cuando x se acerca más y más cerca de 1, y se acerca más y más cerca de 32. Lo que es notable acerca de los límites es que le permiten calcular la velocidad precisa e instantánea en un solo punto en el tiempo tomando el límite de una función que se basa en un tiempo transcurrido, un período entre dos puntos de tiempo.