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Considere a situação-problema a seguir: Imagine que há um tanque de 400 litros, e que uma solução de 60 kg de sal em água enche o tanque. Despeja-se 8 litros de água por minuto e a mistura homogênea sai na mesma proporção.
Considerando o texto apresentado e o conteúdo estudado sobre variáveis separáveis, calcule a quantidade de sal existente no tanque após 1 hora? Dica: A concentração será S/400 Kg/litro, porém, a cada 8 minutos, temos que 8S/400 = -S/50 dt é a variação na quantidade de sal que sai do tanque. Avalie as afirmativas abaixo:
1. A quantidade de sal é igual a 24 kg.
2. A quantidade de sal é igual a 26 kg.
3. A quantidade de sal é igual a 18 kg.
4. A quantidade de sal é igual a 10 kg.
5. A quantidade de sal é igual a 20 kg.
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ano passado

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Para resolver essa questão, vamos usar a equação diferencial que descreve a variação da quantidade de sal no tanque. 1. Dados iniciais: - Volume do tanque: 400 litros - Quantidade inicial de sal: 60 kg - Saída de água: 8 litros por minuto - Tempo total: 1 hora (60 minutos) 2. Concentração de sal: A concentração de sal no tanque é dada por \( C = \frac{S}{400} \) kg/litro, onde \( S \) é a quantidade de sal em kg. 3. Variação da quantidade de sal: A quantidade de sal que sai do tanque a cada minuto é dada por: \[ \text{Saída de sal} = \frac{8S}{400} = \frac{S}{50} \text{ kg/minuto} \] 4. Equação diferencial: A variação da quantidade de sal no tanque pode ser expressa como: \[ \frac{dS}{dt} = -\frac{S}{50} \] 5. Separando as variáveis: \[ \frac{dS}{S} = -\frac{1}{50} dt \] 6. Integrando: \[ \int \frac{1}{S} dS = -\int \frac{1}{50} dt \] \[ \ln |S| = -\frac{t}{50} + C \] 7. Resolvendo para \( S \): Exponenciando ambos os lados: \[ S = e^{-\frac{t}{50} + C} = e^C e^{-\frac{t}{50}} \] Se \( S(0) = 60 \) kg, então \( e^C = 60 \): \[ S(t) = 60 e^{-\frac{t}{50}} \] 8. Calculando \( S \) após 1 hora (60 minutos): \[ S(60) = 60 e^{-\frac{60}{50}} = 60 e^{-1.2} \] Aproximando \( e^{-1.2} \approx 0.3012 \): \[ S(60) \approx 60 \times 0.3012 \approx 18.07 \text{ kg} \] Portanto, a quantidade de sal no tanque após 1 hora é aproximadamente 18 kg. Resposta correta: 3. A quantidade de sal é igual a 18 kg.

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