Q. 54

Question

Suppose you drive on a racetrack for 10 minutes with velocity as shown in the graph at the right.(a) Describe in words the behavior of your race car over the 10 minutes as shown in the graph.(b) Find a piecewise-defined formula for your velocity v(t), in miles per hour, t hours after you start from rest.    (Note that 1 minute is 160 of an hour.)(c) Approximate the distance you travelled over the 10 minutes by using 10 subintervals of 1 minute over which you assume a constant velocity.     Illustrate this approximation by showing rectangles on the graph of v(t).(d) Given that distance travelled is the area under the velocity graph, use triangles and squares to calculate the exact distance travelled.



Step-by-Step Solution

Verified
Answer

(a). The velocity of car increases during 0-2 minutes, remains constant during 2-9 minutes and starts decreasing during 9-10 minutes.      The car finally stops after 10th minute.(b). The piecewise defined formula for v(t) = (0-10088=2522)mph,  0t<130(2522)mph,                130t<320(2522 - 0)mph,          320t<16(c). The total distance travelled by racing car in 10 minutes is 850ft.(d). The total distance travelled by racing car in 10 minutes is 850ft.

1Step 1. Given Information

time = 10 minutes



2Step 2. Solution (a) : Behavior of race car over 10 minutes.

We know that, slope of velocity-time graph represents acceleration of an objectTherefore,For 0t<2 : a = (100-0) ft/min(2-0) min=+50 ft/min2.                    as acceleration is positive, therefore velocity of car increases in time interval 0-2 min.For 2t<9 : a = (100-100) ft/min(9-2) min=0 ft/min2.                    as acceleration is zero, therefore velocity remains constant in time interval 2-9 min.For 9t<10 : a = (0-100) ft/min(10-9) min=-100 ft/min2.                    as acceleration is negative, therefore velcity of car decreases in time interval 9-10 min and                    car finally stops after 10th min.

3Step 3. Solution (b) : Piecewise-defined formula for velocity v(t) in miles per hour starting from rest

v(t) (ft/min) = v(t) ×188miles/hour  as 1mph = 88 ft./minContinuous time intervals used are : 0t<2, 2t<9, 9t<10.Hence, the piecewise defined formula for v(t) = (0-10088=2522)mph,  0t<130(2522)mph,                130t<320(2522 - 0)mph,          320t<16

4Step 4. Solution (c) : Finding appx. distance in 10 minutes by using 10 subintervals in 1 minute over which we assume velocity constant.

Formula used : distance = velocity×time.For time interval 0 to 2 minutes the constant velocity is equal to the average velocity  v(0-2)=(0+100) ft/min2= 50ft/min.Therefore, the distance travelled for first two minutes of journey isd(0-2)=50ftmin x 2 min =100ft ....... (1)  For time interval 2 to 9 minutes the constant velocity is v(2-9) 100ft/min.  Therefore, the distance travelled in 2 to 9 minutes of journey minutes is  d(2-9) =100ftmin× (9-2) min=700ft ...... (2)  For time interval 9 to 10 minutes the constant velocity is equal to the average velocity  v(9-10)=(0+100)ft/min2= 50ft/min.  Therefore, the distance travelled in last 1minute of journey is  d(9-10)= 50ftmin x 1 min = 50ft..... (3)  The total distance travelled by racing car is  d = d(0-2)+d(2-9)+d(9-10)= (100+700 + 50) ft=850ft.The division of time 10 minutes in 10 subinervals is shown in figure here.



5Step 5. Solution (d) : Distance travelled as the area of velocity-time graph

Area of a triangle =12×base×height, and the area of a rectangle =Length×breadth.  Calculation:  From the velocity-time graph given in part (a) of racing car, there are two triangles and one rectangle.  The total distance travelled by car is the sum of the area of two triangles and one rectangle.  Now, the distance travelled for first two minutes is equal to the area OA2, i.e.  d(0-2)=OA2=12×(2-0)×100=100ft.  The distance travelled in 2 to 9 minutes of journey minutes is area of rectangle 2AB92  d(2-9)=2AB92 = 100 x (9- 2) = 700ft.  The distance travelled last minute of joumey is equal to the area 9B10, ie.  d(9-10)= 9B10=12×(10-9)×100=50ft.  Hence, the total distance travelled by racing car is d(0-2) + d(2-9) + d(9-10)= 850ft.Therefore, the total distance travelled by racing car is 850ft.