.Problemão: Distância entre as Cidades

Problema
(Indicado a partir do 9º ano do E. F.)


Um trem viaja de uma certa cidade a outra sempre com velocidade constante.
Quando a viagem é feita com [tex]16[/tex] km/h a mais do que a velocidade original, o tempo gasto na viagem diminui em duas horas e meia. Quando a viagem é feita com [tex]5[/tex] km/h a menos do que a velocidade original, o tempo gasto na viagem aumenta em uma hora.
Qual a distância entre as cidades?

explicador_p Lembrete amigo: Quando um objeto está em movimento, ele muda de posição ao longo do percurso. A velocidade desse objeto é definida levando-se em consideração o espaço que ele percorreu em um determinado intervalo de tempo, ou seja, velocidade é a grandeza que mede quão rápido um objeto se desloca.
Se conhecermos a extensão do percurso e o tempo gasto pelo objeto para percorrê-la, podemos dividir o espaço percorrido pelo tempo total de percurso: a esse quociente chamamos velocidade média do objeto. Dessa forma, se [tex]\Delta S[/tex] for o espaço percorrido por um objeto no intervalo de tempo [tex]\Delta T[/tex], a velocidade média do objeto nesse movimento é dada pela expressão: [tex]\boxed{{\color{#800000}v_m=\dfrac {\Delta S}{\Delta T}}}[/tex]

Solução


Se um objeto se movimenta com uma velocidade constante, o produto da velocidade pelo tempo de percurso é igual à distância por ele percorrida.
Assim, sendo [tex]d[/tex] quilômetros a distância entre as duas cidades, [tex]v \, km/h[/tex] a velocidade usual do trem e [tex]t[/tex] horas o tempo usual de percurso relativo a essa velocidade, então
[tex]\qquad \qquad \boxed{d=v\cdot t}. \qquad {\color{#800000}(i)}[/tex]
Mas, observe que a distância [tex]d[/tex] percorrida pelo trem é a distância entre as duas cidades e, portanto, é a mesma em qualquer das situações apresentadas no problema; logo:

  • usando a afirmação de que, quando a viagem é feita com [tex]16[/tex] km/h a mais, o tempo de viagem diminui em duas horas e meia, podemos concluir que
    [tex]\qquad \qquad\boxed{d=(v+16)\cdot (t-2,5)}; \qquad {\color{#800000}(ii)}[/tex]
  • usando a afirmação de que, quando a viagem é feita com [tex]5[/tex] km/h a menos, o tempo de viagem aumenta em uma hora, podemos concluir que
    [tex]\qquad \qquad \boxed{d=(v-5)\cdot (t+1)}.\qquad {\color{#800000}(iii)}[/tex]

Dessa forma,

  • de [tex]{\color{#800000}(i)}[/tex] e [tex]{\color{#800000}(ii)}[/tex], segue que:
    [tex]\qquad vt=(v+16)\cdot (t-2,5)\\
    \qquad vt= vt -2,5v+16t-40 \\
    \qquad \boxed{-2,5v+16t=40}; \qquad {\color{#800000}(I)}[/tex]
  • de [tex]{\color{#800000}(i)}[/tex] e [tex]{\color{#800000}(iii)}[/tex], segue que:
    [tex]\qquad vt=(v-5)\cdot (t+1)\\
    \qquad vt= vt +v-5t-5 \\
    \qquad \boxed{v-5t=5}. \qquad {\color{#800000}(II)}[/tex]
  • Após resolver o sistema formado pelas equações [tex]{\color{#800000}(I)}[/tex] e [tex]{\color{#800000}(II)}[/tex], obtemos [tex]t=15[/tex] horas e [tex]v=80 \, km/h[/tex]. Logo, a distância entre as cidades é de [tex]v\cdot t=80\cdot 15=1200 \, km[/tex].




    Se você não se lembra (ou ainda não aprendeu) como resolver um sistema, clique no botão abaixo!

    A partir das equações [tex]{\color{#800000}(I)}[/tex] e [tex]{\color{#800000}(II)}[/tex], podemos obter os valores [tex]t=15[/tex] e [tex]v=80[/tex] da seguinte forma:
    (1) Isole [tex]v[/tex] na equação [tex]{\color{#800000}(II)}[/tex]:
    [tex]\qquad v=5t+5 [/tex].
    (2) Substitua a expressão obtida para [tex]v[/tex] na equação [tex]{\color{#800000}(I)}[/tex]:
    [tex]\qquad -2,5\left(5t+5\right)+16t=40[/tex].
    (3) Resolva a equação obtida:
    [tex]\begin{align*}\qquad -2,5\left(5t+5\right)+16t & =40\\
    \qquad -12,5t-12,5+16t &=40\\
    \qquad -12,5t+16t &=40+12,5\\
    \qquad 3,5t &=52,5\\
    \qquad &\boxed{t=15}.\end{align*}[/tex]
    (4) Substitua [tex]t=15[/tex] em [tex]{\color{#800000}(II)}[/tex]:
    [tex]\qquad v=5 \times 15+5 \\
    \qquad \boxed{v=80}.[/tex]

    Solução elaborada pelos Moderadores do Blog.

    Participou da discussão o Clube Aqui medes.

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