Question

Sea B = 5.00 m a 60.0°. Sea C que tiene la misma magnitud que A y un ángulo de dirección mayor que el de A en 25.0°. Sea A ⦁ B = 30.0 m2 y B ⦁ C = 35.0 m2 . Encuentre A.

Answer 1

Answer:

$\| \vec A \| = 6.163\,m$

Explanation:

Sean A, B y C vectores coplanares tal que:

$\vec A = (\| \vec A \|\cdot \cos \theta_{A},\| \vec A \|\cdot \sin \theta_{A})$, $\vec B = (\| \vec B \|\cdot \cos \theta_{B},\| \vec B \|\cdot \sin \theta_{B})$ y $\vec C = (\| \vec C \|\cdot \cos \theta_{C},\| \vec C \|\cdot \sin \theta_{C})$

Donde $\| \vec A \|$, $\| \vec B \|$ y $\| \vec C \|$ son las normas o magnitudes respectivas de los vectores A, B y C, mientras que $\theta_{A}$, $\theta_{B}$ y $\theta_{C}$ son las direcciones respectivas de aquellos vectores, medidas en grados sexagesimales.

Por definición de producto escalar, se encuentra que:

$\vec A \,\bullet\, \vec B = \|\vec A \| \| \vec B \| \cos \theta_{B}\cdot \cos \theta_{A} + \|\vec A \| \| \vec B \| \sin \theta_{B}\cdot \sin \theta_{A}$

$\vec B \,\bullet\, \vec C = \|\vec B \| \| \vec C \| \cos \theta_{B}\cdot \cos \theta_{C} + \|\vec B \| \| \vec C \| \sin \theta_{B}\cdot \sin \theta_{C}$

Asimismo, se sabe que $\| \vec B \| = 5\,m$, $\theta_{B} = 60^{\circ}$, $\vec A \,\bullet \,\vec B = 30\,m^{2}$, $\vec B\, \bullet\, \vec C = 35\,m^{2}$, $\|\vec A \| = \| \vec C \|$ y $\theta_{C} = \theta_{A} + 25^{\circ}$. Entonces, las ecuaciones quedan simplificadas como siguen:

$30\,m^{2} = 5\|\vec A \| \cdot (\cos 60^{\circ}\cdot \cos \theta_{A} + \sin 60^{\circ}\cdot \sin \theta_{A})$

$35\,m^{2} = 5\|\vec A \| \cdot [\cos 60^{\circ}\cdot \cos (\theta_{A}+25^{\circ}) + \sin 60^{\circ}\cdot \sin (\theta_{A}+25^{\circ})]$

Es decir,

$30\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot (2.5\cdot \cos \theta_{A} + 4.330\cdot \sin \theta_{A})$

$35\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot [2.5\cdot \cos (\theta_{A}+25^{\circ})+4.330\cdot \sin (\theta_{A}+25^{\circ}})]$

Luego, se aplica las siguientes identidades trigonométricas para sumas de ángulos:

$\cos (\theta_{A}+25^{\circ}) = \cos \theta_{A}\cdot \cos 25^{\circ} - \sin \theta_{A}\cdot \sin 25^{\circ}$

$\sin (\theta_{A}+25^{\circ}) = \sin \theta_{A}\cdot \cos 25^{\circ} + \cos \theta_{A} \cdot \sin 25^{\circ}$

Es decir,

$\cos (\theta_{A}+25^{\circ}) = 0.906\cdot \cos \theta_{A} - 0.423 \cdot \sin \theta_{A}$

$\sin (\theta_{A}+25^{\circ}) = 0.906\cdot \sin \theta_{A} + 0.423 \cdot \cos \theta_{A}$

Las nuevas expresiones son las siguientes:

$30\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot (2.5\cdot \cos \theta_{A} + 4.330\cdot \sin \theta_{A})$

$35\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot [2.5\cdot (0.906\cdot \cos \theta_{A} - 0.423 \cdot \sin \theta_{A})+4.330\cdot (0.906\cdot \sin \theta_{A} + 0.423 \cdot \cos \theta_{A})]$

Ahora se simplifican las expresiones, se elimina la norma de $\vec A$ y se desarrolla y simplifica la ecuación resultante:

$30\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot (2.5\cdot \cos \theta_{A} + 4.330\cdot \sin \theta_{A})$

$35\,m^{2} = \| \vec A \| \cdot (4.097\cdot \cos \theta_{A} +2.865\cdot \sin \theta_{A})$

$\frac{30\,m^{2}}{2.5\cdot \cos \theta_{A}+ 4.330\cdot \sin \theta_{A}} = \frac{35\,m^{2}}{4.097\cdot \cos \theta_{A} + 2.865\cdot \sin \theta_{A}}$

$30\cdot (4.097\cdot \cos \theta_{A} + 2.865\cdot \sin \theta_{A}) = 35\cdot (2.5\cdot \cos \theta_{A}+4.330\cdot \sin \theta_{A})$

$122.91\cdot \cos \theta_{A} + 85.95\cdot \sin \theta_{A} = 87.5\cdot \cos \theta_{A} + 151.55\cdot \sin \theta_{A}$

$35.41\cdot \cos \theta_{A} = 65.6\cdot \sin \theta_{A}$

$\tan \theta_{A} = \frac{35.41}{65.6}$

$\tan \theta_{A} = 0.540$

Ahora se determina el ángulo de $\vec A$:

$\theta_{A} = \tan^{-1} \left(0.540\right)$

La función tangente es positiva en el primer y tercer cuadrantes y tiene un periodicidad de 180 grados, entonces existen al menos dos soluciones del ángulo citado:

$\theta_{A, 1} \approx 28.369^{\circ}$ y $\theta_{A, 2} \approx 208.369^{\circ}$

Ahora, la magnitud de $\vec A$ es:

$\| \vec A \| = \frac{35\,m^{2}}{4.097\cdot \cos 28.369^{\circ} + 2.865\cdot \sin 28.369^{\circ}}$

$\| \vec A \| = 6.163\,m$