Pregunta
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2. A particle moves along the curve \[ \begin{array}{l}x=2 t^{2}, \quad y=t^{2}-4 t \quad \text { and } \quad z=3 t-5 \\ \text { where } t \text { is the time. Find the components of its velocity and acceleration at time } t=1 \text {, in the } \\ \text { direction } \hat{i}-3 \hat{j}+2 \hat{k} \text {. } \\ \text { (Nagpur, Summer 200l) Ans. } \frac{8 \sqrt{14}}{7},-\frac{\sqrt{14}}{7}\end{array} \]

Ask by Stanley Nunez. in Nigeria
Jan 22,2025

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At time \( t = 1 \), the velocity component in the direction \( \hat{\mathbf{i}} - 3\hat{\mathbf{j}} + 2\hat{\mathbf{k}} \) is \( \frac{8\sqrt{14}}{7} \) and the acceleration component is \( -\frac{\sqrt{14}}{7} \).

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Beyond the Answer

To find the components of the velocity and acceleration of the particle at time \( t=1 \), we first need to compute the velocity vector \( \mathbf{v} \) by differentiating the position functions \( x(t) \), \( y(t) \), and \( z(t) \) with respect to time \( t \). The velocity components are given by: \[ v_x = \frac{dx}{dt} = 4t, \quad v_y = \frac{dy}{dt} = 2t - 4, \quad v_z = \frac{dz}{dt} = 3. \] At \( t=1 \): \[ v_x = 4(1) = 4, \quad v_y = 2(1) - 4 = -2, \quad v_z = 3. \] Thus, the velocity vector is \( \mathbf{v} = \langle 4, -2, 3 \rangle \). Next, we compute the acceleration vector \( \mathbf{a} \) by differentiating the velocity components: \[ a_x = \frac{dv_x}{dt} = 4, \quad a_y = \frac{dv_y}{dt} = 2, \quad a_z = \frac{dv_z}{dt} = 0. \] This gives us the acceleration vector as \( \mathbf{a} = \langle 4, 2, 0 \rangle \). To find the components of both vectors in the direction of \( \hat{i} - 3 \hat{j} + 2 \hat{k} \), we first need to normalize this direction vector: \[ \text{Magnitude} = \sqrt{1^2 + (-3)^2 + 2^2} = \sqrt{1 + 9 + 4} = \sqrt{14}. \] The unit direction vector \( \mathbf{u} \) is then: \[ \mathbf{u} = \frac{1}{\sqrt{14}} \langle 1, -3, 2 \rangle. \] Now, to project the velocity and acceleration onto this direction, we use the dot product: \[ \text{Velocity component} = \mathbf{v} \cdot \mathbf{u} = \langle 4, -2, 3 \rangle \cdot \frac{1}{\sqrt{14}} \langle 1, -3, 2 \rangle = \frac{1}{\sqrt{14}}(4(1) - 2(-3) + 3(2)) = \frac{1}{\sqrt{14}}(4 + 6 + 6) = \frac{16}{\sqrt{14}}. \] \[ \text{Acceleration component} = \mathbf{a} \cdot \mathbf{u} = \langle 4, 2, 0 \rangle \cdot \frac{1}{\sqrt{14}} \langle 1, -3, 2 \rangle = \frac{1}{\sqrt{14}}(4(1) + 2(-3) + 0(2)) = \frac{1}{\sqrt{14}}(4 - 6) = \frac{-2}{\sqrt{14}}. \] Thus, the final results for the components of the velocity and acceleration at \( t=1 \) in the specified direction are: \[ \frac{8\sqrt{14}}{7}, -\frac{\sqrt{14}}{7}. \]

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