Um objeto se desloca com velocidade constante em direção a uma lente convergente, como mostra a figura acima. Sabendo que o ponto é o foco da lente, a velocidade de sua imagem é maior no ponto


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Igor Ribeiro 06/08/2024, 16:17
$2°$ Resolução: uso de Derivadas. A princípio, de maneira generalizada, consideremos $p$ e $p'$ as distâncias do objeto e imagem à lente, respectivamente, e $f$ a distância focal. Sendo $V_o = \dfrac{dp}{dt}$ e $V_i = \dfrac{dp'}{dt}$, respectivamente, as velocidades do objeto e imagem, derivando a Lei de Gauss em relação ao tempo, temos:$$f^{-1}~=~p^{-1} + p'^{-1} \implies \dfrac{df^{-1}}{dt}~=~\dfrac{dp^{-1}}{dt} + \dfrac{dp'^{-1}}{dt} \implies 0 ~=~ -\dfrac{1}{p^2}\cdot \dfrac{dp}{dt} - \dfrac{1}{p'^2}\cdot \dfrac{dp'}{dt}$$Resolvendo em módulo, temos:$$0~=~-\dfrac{V_o}{p^2}-\dfrac{V_i}{p'^2} \implies \dfrac{V_o}{p^2}~=~\dfrac{V_i}{p'^2}$$No problema em questão, sabe-se que $V_o = v$, logo, a velocidade da imagem, que é variável, pode ser dada pela seguinte relação:$$V_i~=~v\cdot \left(\dfrac{p'}{p}\right)^2$$Observe que, quanto maior for $p'$, mais veloz estará a imagem, logo, a sua velocidade é maior no ponto $5$, o mais afastado da lente.
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Igor Ribeiro 11/01/2024, 07:30
Consideremos $p$ e $p'$ as distâncias do objeto e imagem à lente, respectivamente, e $f$ a distância focal. Supondo que o objeto parte, inicialmente, do infinito:$$p \rightarrow \infty~,~\therefore \dfrac{1}{p} \rightarrow 0 \implies \dfrac{1}{f} \rightarrow \dfrac{1}{p'}~, ~\therefore~ p' \rightarrow f~~\text{(ponto 3)}$$À medida, porém, que o objeto se aproxima do foco, é evidente que $p$ tenderá a $f$. Deste fato, pela Equação de Gauss, temos$$\dfrac{1}{f} ~=~ \dfrac{1}{p} + \dfrac{1}{p'}~,~~p \rightarrow f \implies \dfrac{1}{p'} \rightarrow 0~,~\therefore~ p' \rightarrow \infty$$Em outras palavras, o fato de o objeto estar cada vez mais próximo do foco implicará que a velocidade de sua imagem aumentará cada vez mais, de modo que ela consiga chegar no infinito, ou seja, quando $p$ tender a $f$. Em suma, a imagem, que parte do ponto $3$, à medida que se afasta da lente terá a sua velocidade aumentada, de modo que a maior velocidade é atingida, em relação aos outros pontos, no ponto $5$.$$\bf{Alternativa~(E)}$$
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