Miniubåt, fart og kollisjon med fiskestim
En miniubåt passerer 250 meter under en bøye som ligger på havoverflaten.
I et koordinatsystem der \(x\)-aksen og \(y\)-aksen ligger parallelt med havoverflaten, \(z\)-aksen står normalt på havoverflaten, og enheten langs aksene er meter, er posisjonen til miniubåten \(t\) sekunder etter passeringen gitt ved
- Bestem farten til miniubåten etter 2 sekunder.
- Hvor langt under havoverflaten er miniubåten på det dypeste?
Posisjonen til en fiskestim i området \(t\) sekunder etter at miniubåten passerte under bøyen, er gitt ved
Fiskestimen har en tilnærmet kuleform med radius på 15 meter. Miniubåten er 4 meter bred, 5 meter høy og 8 meter lang.
- Gjør beregninger og vurder om miniubåten kommer til å kollidere med fiskestimen.
a) \(\approx 10{,}3 \, \mathrm{m/s}\)
b) \(312{,}5 \, \mathrm{m}\) under havoverflaten
c) Minimumsavstand \(\approx 39{,}8 \, \mathrm{m}\) — ingen kollisjon
a
Vi definerer posisjonsvektoren, deriverer og beregner farten ved \(t = 2\) i GeoGebra CAS:

Farten til miniubåten etter 2 sekunder er \(\underline{\underline{\approx 10{,}3 \, \mathrm{m/s}}}\).
b
Vi definerer \(z\)-koordinaten, løser \(z'(t) = 0\) og evaluerer minimumsposisjonen i GeoGebra CAS:

CAS gir \(t = 25\) og \(\mathrm{dyp}(25) = -\frac{625}{2} = -312{,}5\).
Miniubåten er dypest \(\underline{\underline{312{,}5 \, \mathrm{m}}}\) under havoverflaten.
c
Vi definerer begge posisjonsvektorene, beregner differansevektoren \(\vec{d}(t) = \vec{r}(t) - \vec{s}(t)\) og avstandsfunksjonen \(A(t) = |\vec{d}(t)|\). Så bruker vi Min(A, 0, 60) for å finne minimumsavstanden numerisk:

CAS gir minimumsavstand \(\approx 39{,}83 \, \mathrm{m}\) ved \(t \approx 8{,}39 \, \mathrm{s}\).
For at miniubåten skal kollidere med fiskestimen, må avstanden mellom sentrene være mindre enn fiskestimens radius (\(15 \, \mathrm{m}\)) pluss halvparten av miniubåtens største tverrsnitt (\(\approx 4 \, \mathrm{m}\)), altså under \(19 \, \mathrm{m}\).
Siden minimumsavstanden \(\approx 39{,}8 \, \mathrm{m} \gg 19 \, \mathrm{m}\), vil miniubåten ikke kollidere med fiskestimen.