Una luz de la calle está en la parte superior de un poste de 13 pies de altura. Una mujer de 6 pies de altura se aleja del poste con una velocidad de 4 pies / seg a lo largo de un camino recto. ¿Qué tan rápido se mueve la punta de su sombra cuando está a 50 pies de la base del poste?

El triángulo rectángulo cuya hipotenusa se extiende desde la luz hasta la punta de la sombra es similar al triángulo cuya hipotenusa se extiende desde la cabeza de la mujer hasta la punta de la sombra. Esto significa que la relación entre las dos patas de cada triángulo es igual.

Primero, llamemos a la distancia entre la base del poste y los pies de la mujer [matemáticas] D [/ matemáticas] y la distancia entre los pies de la mujer y la punta de su sombra [matemáticas] S [/ matemáticas]. Conocemos la altura del poste, por lo tanto

[matemáticas] \ begin {align} \ dfrac {S} {6} & = \ dfrac {S + D} {13} \\\ dfrac {S} {6} & = \ dfrac {S} {13} + \ dfrac {D} {13} \\\ dfrac {S} {6} – \ dfrac {S} {13} & = \ dfrac {D} {13} \\\ dfrac {7S} {78} & = \ dfrac {D} {13} \\\ dfrac {7S} {6} & = D \ end {align} \ tag * {} [/ math]

Ahora, debido a que la mujer se aleja del poste en [math] 4 \, \ text {ft / s} [/ math]:

[matemáticas] \ begin {align} \ dfrac {\ text {d} D} {\ text {d} t} = 4 \ end {align} \ tag * {} [/ math]

Y porque [matemáticas] D = \ frac {7S} {6} [/ matemáticas]:

[matemáticas] \ begin {align} \ dfrac {\ text {d} D} {\ text {d} t} = \ dfrac {\ text {d} \ left (\ frac {7} {6} S \ right) } {\ text {d} t} & = 4 \\\ dfrac {7} {6} \ dfrac {\ text {d} S} {\ text {d} t} & = 4 \\\ dfrac {\ text {d} S} {\ text {d} t} & = \ dfrac {6} {7} \ cdot 4 \\ & = 3.42857 \ end {align} \ tag * {} [/ math]

Por lo tanto, la punta de la sombra se aleja de la mujer en [math] \ sim 3.43 \, \ text {ft / s} [/ math] y se aleja del poste en [math] \ sim (3.43 + 4) \ aproximadamente 7.43 \, \ text {ft / s} [/ math].

La respuesta no se puede calcular. A diferencia de la velocidad de caminata, la punta de la sombra se mueve a una velocidad variable continua debido al ángulo cambiante entre la cabeza y la luz.

Diablos, ni siquiera voy a arrojar la curvatura de la tierra, la gravedad y la refracción.

Aun así, no puede medir la velocidad y una posición al mismo tiempo debido al Principio de incertidumbre de Heisenberg (HUP).

¿Por qué no puedes medir tanto la posición como el momento exactamente al mismo tiempo?

Comencemos averiguando cuánto dura su sombra en un momento dado.

Ella mide 6 pies de altura y la luz está a 7 pies sobre su cabeza. Si la distancia entre ella y la luz es x, entonces la relación de la distancia desde su cabeza hasta el poste, hasta la parte superior del poste, es x / 7.

Además, el triángulo entre su cabeza y la punta de su sombra también tiene la misma proporción. Deja que sea la distancia entre ella y la punta de su sombra. y / 6 = x / 7, entonces y = 6x / 7

Esto significa que la longitud total de su sombra s es x + 6x / 7, o 13x / 7.

Ahora ella se mueve a una velocidad de 4, entonces dx / dt = 4.

x (t) = el antiderivitivo de la velocidad, o 4t.

Poner s en términos de t, nos da 13 (4t) / 7 o 52t / 7

Encontrar ds / dt nos da 52/7

Entonces, la velocidad es de 52/7 pies / s, o si lo prefiere, 7 3/7 pies / s.