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La placa formada por la región limitada por \( y=\sqrt{x} \), el eje \( Y \) y la recta \( y=2 \). ( \( y \) en pies) se sumerge verticalmente en agua, hasta que la recta \( y=2 \) quede 2 pies por debajo del nivel del agua. La fuerza ejercida por el agua sobre un lado de la placa es: libras.

Ask by Barber May. in Colombia
Feb 03,2025

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Answer

La fuerza ejercida por el agua sobre un lado de la placa es aproximadamente 582,4 libras.

Solution

Para calcular la fuerza ejercida por el agua sobre un lado de la placa, seguiremos los siguientes pasos: 1. **Descripción de la placa:** - La placa está delimitada por la curva \( y = \sqrt{x} \) (lo que equivale a \( x = y^2 \)), el eje \( Y \) y la recta \( y = 2 \). - La placa tiene una altura de 2 pies y se sumerge verticalmente en agua de manera que la parte superior (\( y = 2 \)) queda a 2 pies por debajo del nivel del agua. Por lo tanto, la profundidad total \( h(y) \) a cualquier altura \( y \) en la placa es \( h(y) = 2 + y \). 2. **Fuerza Hidrostática:** - La presión ejercida por el agua a una profundidad \( h \) es \( P = \gamma h \), donde \( \gamma \) es el peso específico del agua (aproximadamente \( 62.4 \, \text{lb/ft}^3 \)). - Un elemento diferencial de área vertical en la placa a una altura \( y \) tiene un ancho de \( x = y^2 \) y una altura diferencial \( dy \). Por lo tanto, el área diferencial es \( dA = y^2 \, dy \). 3. **Cálculo de la Fuerza Total:** - La fuerza diferencial es \( dF = \gamma h(y) \, dA = 62.4 \times (2 + y) \times y^2 \, dy \). - Integrando desde \( y = 0 \) hasta \( y = 2 \): \[ F = 62.4 \int_{0}^{2} (2 + y) y^2 \, dy = 62.4 \left[ \frac{2y^3}{3} + \frac{y^4}{4} \right]_{0}^{2} \] \[ F = 62.4 \left( \frac{16}{3} + 4 \right) = 62.4 \times \frac{28}{3} \approx 582.4 \, \text{libras} \] **Respuesta Final:** La fuerza ejercida por el agua sobre un lado de la placa es aproximadamente 582,4 libras.

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Beyond the Answer

Para encontrar la fuerza ejercida por el agua sobre la placa, debemos considerar la presión del agua en función de la profundidad. La profundidad \( h \) de la placa depende de la distancia desde el nivel del agua, que en este caso es 2 pies por debajo de la línea donde \( y = 2 \), a 4 pies por debajo del nivel del agua. La presión \( P \) a una profundidad \( h \) se calcula mediante la fórmula: \[ P = \rho g h \] Donde \( \rho \) es la densidad del agua (aproximadamente \( 62.4 \, \text{lb/ft}^3 \)), \( g \) es la gravedad (que se considera como parte del cálculo en la densidad), y \( h \) es la profundidad medida en pies. En este caso, \( h = 4 \) pies. La fuerza sobre un elemento diferencial de área \( dA \) es: \[ dF = P \cdot dA = \rho g h \cdot dA \] Para determinar el área \( dA \) de un strip horizontal de la placa que tiene un ancho \( w \) y un alto diferencial \( dy \), deberemos parametrizar la forma de la placas. La forma superior está definida por la función \( y = \sqrt{x} \) que se reescribe como \( x = y^2 \) desde \( y = 0 \) hasta \( y = 2 \). Ahora, calculemos el área diferencial: \[ dA = dx \cdot dy = y^2 \cdot dy \] Los límites de integración para \( y \) varían de \( 0 \) a \( 2 \), así que usando la expresión de la presión y el área diferencial: \[ F = \int_0^2 P \cdot dA = \int_0^2 (62.4 \cdot 4) \cdot y^2 \, dy = 249.6 \int_0^2 y^2 \, dy \] Calculamos la integral: \[ \int_0^2 y^2 \, dy = \left[ \frac{y^3}{3} \right]_0^2 = \frac{8}{3} \] Entonces, \[ F = 249.6 \cdot \frac{8}{3} = 665.6 \, \text{libras} \] Por lo tanto, la fuerza ejercida por el agua sobre un lado de la placa es aproximadamente **665.6 libras**.

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