El bus entre dos estaciones
Un bus eléctrico sale de una estación y se detiene en la siguiente, a 500 m. Supón que a los t segundos ha recorrido metros, para 0 ≤ t ≤ 50 (datos hipotéticos del libro).
La derivada de s es la velocidad. Pero la velocidad también cambia: ¿a qué ritmo cambia la velocidad? Para saberlo se deriva otra vez. Esa es la segunda derivada.
Momento animado
La derivada de la derivada
Arriba va el bus. Debajo, la posición, la velocidad y la aceleración se dibujan juntas. Dale «Reproducir».
- Tangente: su pendiente es la gráfica de abajo
Etapa 1 de 5 · Sale
El bus sale de la estación: s = 0 y v = 0, pero a = 1,2 m/s². Ya está acelerando. La aceleración es la pendiente de la gráfica de la velocidad.
Posición s
0 m
Velocidad v = s′
0,0 m/s
Aceleración a = v′ = s″
1,20 m/s²
Derivar otra vez
La segunda derivada es la derivada de la derivada: , también escrita . Se puede seguir: , , … En el bus,
La segunda derivada también dice cómo se curva una gráfica. Si , las pendientes crecen y la gráfica es cóncava hacia arriba; si , es cóncava hacia abajo. Donde la concavidad cambia hay un punto de inflexión: en el bus, a los 25 s, justo donde la velocidad es máxima.
Prueba otro movimiento en el laboratorio:
Laboratorio
Cascada cinemática
Mueve el tiempo . Mira las tres curvas en el mismo instante: la velocidad es la pendiente de la posición, y la aceleración, la pendiente de la velocidad.
- Posición s(t)
- Velocidad v(t) = s′(t)
- Aceleración a(t) = s′′(t)
Posición
1,13
Velocidad
-0,75
Aceleración
-1,00
Retrocede (v < 0). Cóncava hacia abajo (s′′ < 0).
Concavidad de un polinomio
Estudia la concavidad de y clasifica sus puntos críticos con la segunda derivada.
- 1
Primera y segunda derivada
- 2
Signo de la segunda derivada
Si x < 1, f″ < 0 y f es cóncava hacia abajo; si x > 1, es cóncava hacia arriba. En x = 1 cambia la concavidad: el punto de inflexión es (1, f(1)) = (1, −6). - 3
Puntos críticos
f′(x) = 3(x + 1)(x − 3) = 0 en x = −1 y x = 3. - 4
Clasifícalos con f″
Segundas derivadas
Los ejercicios 1 a 4 salen de la sección 15.4 del libro «Matemáticas para un mundo sostenible».
Un vagón de pruebas de levitación magnética (sin pasajeros) aplica su frenado de emergencia. La posición de la cabina (en metros) desde el inicio de la maniobra viene definida por la ley cúbica:
Pregunta tipo PISA: El tren se detiene por completo en el instante en que su velocidad instantánea se anula (). Determina la aceleración del convoy en ese momento exacto:
1.
2.
3. Evalúa