jueves, 5 de febrero de 2015

Una muestra de la aplicación de la derivada de una función vectorial


 \mathbf{r}(t) =
 \sin(t) \mathbf{i} + \cos(t) \mathbf{j} + 5t \mathbf{k}

Esta función representa una curva helicoidal** alrededor del eje z, de radio unidad, como se muestra. Podemos imaginar que esta curva es la trayectoria de una partícula y la función   representa el vector posición en función del tiempo t
Derivando tendremos:

 \frac{d\mathbf{r}(t)}{dt} =
 \frac{d}{dt}\sin(t) \mathbf{i} +
 \frac{d}{dt}\cos(t) \mathbf{j} +
 \frac{d}{dt}5t \mathbf{k}

Realizando la derivada:

 \frac{d\mathbf{r}(t)}{dt} = \cos(t) \mathbf{i} - \sin (t) \mathbf{j} + 5 \mathbf{k}

La derivada del vector posición respecto al tiempo es la velocidad, así que esta segunda función determina el vector velocidad de la partícula en función del tiempo, podemos escribir:

 \mathbf{v}(t) =
 \cos(t) \mathbf{i} -
 \sin(t) \mathbf{j} +
 5 \mathbf{k}

Este vector velocidad es un vector tangente a la trayectoria en el punto ocupado por la partícula en cada instante. El sentido es hacia los valores crecientes de los valores escalares. Si derivásemos de nuevo obtendríamos el vector aceleración.

** Curva helicoidal: Es la curva que describe un objeto que gira alrededor de un eje cuando el punto de giro se desplaza simultáneamente en una dirección perpendicular al plano de giro, como un resorte.

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