La dirección del tren

Materiales:

  • Papel cuadriculado.
  • Juego de trenes con vías de madera.

Instrucciones:

  • Descarga y monta el siguiente sistema de coordenadas.
  • Coloca las vías de madera sobre el papel cuadriculado siguiendo las indicaciones que se dan en la gráfica:
    vias del tren
    La parte superior del recorrido marcado por las vías sigue la ecuación $$f(t)=\sqrt{121-t^2}.$$
  • Desplaza el tren por las vías en sentido antihorario.
  • vias del tren
  • El principio de la vía marcada con rojo corresponde a los valores $$\textstyle\left(t,f(t)\right)=\left(\frac{11}{\sqrt{2}},\frac{11}{\sqrt{2}}\right).$$ Calcula la derivada de la función $$\textstyle f$$ en este punto.
  • Elimina la via marcada de color rojo y empujar el tren con suficiente fuerza para que siga su transcurso natural al pasar el punto marcado de color rojo.
    El video se añadirá en breve.
  • Calcula el desplazamiento horizontal realizado por el tren desde el punto marcado hasta el punto en el que este se ha detenido. Nota que horizontalmente el tren se desplazará hacia la derecha produciendo un desplazamiento positivo, mientras que verticalmente el tren se desplazará hacia abajo produciendo un desplazamiento negativo.
    vias del tren
    El cociente dado por $$\frac{\text{desplazamiento vertical}}{\text{desplazamiento horizontal}}$$ ha de coincidir con el valor de la derivada en el punto $$\textstyle t=\frac{11}{\sqrt{2}}.$$

Cálculo de la derivada.

La función que representa la parte superior de la vía es \(f(t)=\sqrt{121-t^2}\)

Por tanto su derivada es:

\[f'(t)=\frac{-t}{\sqrt{121-t^2}}.\]

Sutituyendo en el punto \(\textstyle t=\frac{11}{\sqrt{2}}\) obtenemos

\[f'(t)=\frac{-\frac{11}{\sqrt{2}}}{\sqrt{121-\left(\frac{11}{\sqrt{2}}\right)^2}}=\frac{-\frac{11}{\sqrt{2}}}{\sqrt{121-\frac{121}{2}}}=\frac{-\frac{11}{\sqrt{2}}}{-\frac{11}{\sqrt{2}}}=-1.\]

Esto coincide con el desplazamiento que hemos visto en el video que es de 6 unidades hacia la izquierda y 6 unidades hacia arriba; \(\frac{8}{-8}=-1.\)