Paritian

Matemática

Calculadora de Equações Diferenciais

A solução exacta de uma equação linear de primeira ordem com coeficientes constantes, com o equilíbrio e a constante de tempo.

Resultados

A solução y = 100*exp(-0.5*x)
y nesse x 36,7879441171
Onde estabiliza 0,0000000000
O que faz ao longo do tempo Estabiliza no equilíbrio
Constante de tempo 2,00000000
Tempo para percorrer metade do que falta 1,38629436
A que ritmo muda no início -50,00000000
A equação conferida nesse x -18,3939720586

O que faz esta ferramenta

Uma equação diferencial aparece mais do que todas as outras juntas: alguma coisa a mudar a um ritmo proporcional à distância a que está de onde quer chegar. Café a arrefecer, um condensador a carregar, um medicamento a sair do sangue, uma poupança com levantamentos regulares — todos a mesma forma, y′ + p·y = q. Esta página resolve-a exactamente e não por via numérica, dá o equilíbrio para onde o sistema vai, e indica a constante de tempo e a meia-vida que dizem com que rapidez lá chega. A verificação do declive lá em baixo substitui a resposta na equação original.

Fórmula

y′ + p y = q ⟹ y = q ÷ p + (y₀ − q ÷ p) e^(−p x)

Variáveis

SímboloSignificadoUnidade
pp, o coeficiente de y—
qq, a constante do lado direito—
y0y quando x é zero—
atCalcular o valor em x =—
SLA solução—
VAy nesse x—
EQOnde estabiliza—
KDO que faz ao longo do tempo—
TCConstante de tempo—
HLTempo para percorrer metade do que falta—
SSA que ritmo muda no início—
CKA equação conferida nesse x—

Exemplo resolvido

  • p, o coeficiente de y0,5
  • q, a constante do lado direito0
  • y quando x é zero100
  • Calcular o valor em x =2
  • A soluçãoy = 100*exp(-0.5*x)
  • y nesse x36,7879441171
  • Onde estabiliza0,0000000000
  • O que faz ao longo do tempoEstabiliza no equilíbrio
  • Constante de tempo2,00000000
  • Tempo para percorrer metade do que falta1,38629436
  • A que ritmo muda no início-50,00000000
  • A equação conferida nesse x-18,3939720586

Limitações

  • O cálculo é feito inteiramente no seu navegador. Os valores que introduz nunca são enviados para um servidor.
  • A fórmula assume condições ideais: sem perdas por atrito, sem resistência do ar e sem perdas de rendimento, a não ser que as introduza.

Perguntas frequentes

Que equações é que isto resolve?

Uma família, exactamente: y′ + p·y = q com p e q constantes. Parece pouco e não é, porque é a mesma equação do arrefecimento de Newton, de um condensador a carregar por uma resistência, de um medicamento a sair do sangue, de um depósito a encher enquanto esvazia, e de uma população a crescer contra uma colheita fixa. Todas têm a mesma forma — uma quantidade puxada para um equilíbrio a um ritmo proporcional à distância a que está dele — e esta página dá a resposta exacta em forma fechada, e não uma aproximação numérica. Equações em que p ou q dependem de x precisam de outro método e não são tratadas aqui.

O que é a constante de tempo?

Quanto tempo o sistema leva a percorrer uns 63 por cento da distância ao seu equilíbrio — um a dividir por p. É o relógio natural do processo: ao fim de uma constante de tempo sobram 37 por cento da distância, ao fim de três uns 5 por cento, e ao fim de cinco menos de um por cento, que é por isso que os engenheiros tratam cinco constantes de tempo como «estabilizado». A meia-vida ao lado é a mesma ideia medida de outra maneira: o tempo para percorrer exactamente metade do que falta, que são 0,693 vezes a constante de tempo.