Hôm nay, chúng ta sẽ áp dụng đạo hàm để giải một bài toán thực tế trong vật lý: tìm khoảng nhiệt độ mà tại đó thể tích của nước giảm. Đây là một ví dụ tuyệt vời cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa toán học và khoa học tự nhiên.
Thể tích V (đơn vị: centimet khối) của 1kg nước tại nhiệt độ T được tính bởi công thức sau:
V(T) = 999,87 - 0,06426T + 0,0085043T2 - 0,0000679T3
Hỏi thể tích , giảm trong khoảng nhiệt độ nào?
Để xác định thể tích giảm, chúng ta cần tìm khoảng mà hàm số V(T) nghịch biến. Theo kiến thức đã học, một hàm số nghịch biến khi đạo hàm của nó mang dấu âm. Các bước giải cụ thể:
Tìm tập xác định của hàm số V(T).
Tính đạo hàm V′(T).
Tìm các giá trị của T làm cho V′(T)=0.
Lập bảng biến thiên để xét dấu của V′(T) trên các khoảng.
Kết luận khoảng nhiệt độ mà tại đó V′(T)<0.
Tập xác định: D = R
Ta có: V'(T) = -0,06426 + 0,0170086T - 0,0002037T2
V'(T) = 0 ⇔ T ≈ 79,5 hoặc T ≈ 3,97
Bảng biến thiên:
Vậy thể tích giảm trong khoảng nhiệt độ từ (0o; 3,97o).
Qua bài tập này, chúng ta đã thấy được sức mạnh của đạo hàm trong việc giải quyết các bài toán thực tế. Bằng cách tìm dấu của đạo hàm, chúng ta có thể xác định được sự tăng, giảm của một đại lượng vật lý. Đặc biệt, kết quả này phù hợp với hiện tượng nước giãn nở bất thường trong vật lý: thể tích nước giảm khi nhiệt độ tăng từ 0∘C đến xấp xỉ 4∘C và sau đó mới bắt đầu tăng lên.
• Xem thêm: