الحل:
حجم الأسطوانة الدائرية يحسب باستخدام الصيغة التالية:
v = πr²h
حيث:
- v هو الحجم
- π هو ثابتة الباي (≈ 3.14)
- r هو نصف القطر
- h هو الارتفاع
بما أن حجم الأسطوانة ثابت، فإن معدل تغير الحجم يساوي صفرًا. أي:
dv/dt = 0
ويمكن إعادة كتابة هذه المعادلة باستخدام التفاضل:
π(2r)dr/dt + πr²dh/dt = 0
حيث:
- dr/dt هو معدل تغير نصف القطر
- dh/dt هو معدل تغير الارتفاع
نعطي قيمًا للمتغيرات في المعادلة:
π(2r)dr/dt + πr²(0.5) = 0
πr(2dr/dt) = -0.5πr²
2dr/dt = -0.5r
dr/dt = -0.25r
في اللحظة التي يكون فيها الارتفاع 5.5 ونصف القطر 8، فإن معدل تغير الارتفاع يساوي:
dr/dt = -0.25(8) = -2
وهذا يعني أن نصف القطر يتناقص بمعدل 2 سم لكل وحدة زمنية.
الإجابة:
معدل تغير نصف القطر في اللحظة التي يكون فيها الارتفاع 5.5 ونصف القطر 8 هو -2 سم لكل وحدة زمنية.