Eksponentiell modell for avkjøling av blåbærgelé

Eksponentiell modell for avkjøling av blåbærgelé

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En skål med blåbærgelé ble satt til avkjøling i et rom der temperaturen var 20 °C20~\degree\text{C}.

Tabellen viser temperaturen i blåbærgeléen xx minutter etter at den ble satt til avkjøling.

Tid (minutter)48162040607590
Temperatur (°C)90,686,578,975,461,050,344,139,2

Stine vil prøve å lage en modell som viser temperaturen i geléen xx minutter etter at den ble satt til avkjøling. Hun setter opp en ny tabell.

Tid (minutter)48162040607590
Temperatur − 2070,666,558,955,441,030,324,119,2

Lag en modell TT på formen T(x)=abx+20T(x) = a \cdot b^x + 20 som viser temperaturen i geléen xx minutter etter at den ble satt til avkjøling.

Hvilket gyldighetsområde vil du si modellen kan ha?

Fasit

T(x)=75,00,985x+20\underline{\underline{T(x) = 75{,}0 \cdot 0{,}985^x + 20}}

x[0,150]\underline{\underline{x \in [0, 150]}} (eller tilsvarende begrunnet intervall)

LøsningsforslagKI-generert

Vi skal lage en modell på formen T(x)=abx+20T(x) = a \cdot b^x + 20, der xx er antall minutter etter at geléen ble satt til avkjøling og T(x)T(x) er temperaturen i °C\degree\text{C}.

Stine har laget en ny tabell der hun har trukket fra 20 °C20~\degree\text{C} (romtemperaturen) fra alle temperaturverdiene. Da sitter hun igjen med verdier for abxa \cdot b^x.

Vi bruker GeoGebra til å kjøre eksponentiell regresjon på den nye tabellen (med verdiene «Temperatur − 20»). Vi legger inn datapunktene og ber GeoGebra om å finne best tilpasset eksponentiell kurve.

GeoGebra gir:

a=75,0b=0,985a = 75{,}0 \qquad b = 0{,}985

Modellen blir:

T(x)=75,00,985x+20\boxed{T(x) = 75{,}0 \cdot 0{,}985^x + 20}

Grafen nedenfor viser modellen (blå kurve) og måledatapunktene (røde punkter). Kurven treffer alle 8 datapunktene svært nøyaktig.

Eksponentiell avkjølingsmodell for blåbærgelé

Den stiplede linjen y=20y = 20 viser romtemperaturen, som kurven nærmer seg asymptotisk.

Modellen T(x)=75,00,985x+20T(x) = 75{,}0 \cdot 0{,}985^x + 20 er matematisk definert for alle reelle verdier av xx, men vi må vurdere hva som gir fysisk mening.

Nedre grense: Geléen ble satt til avkjøling ved x=0x = 0. Da er T(0)=75,01+20=95 °CT(0) = 75{,}0 \cdot 1 + 20 = 95~\degree\text{C}. Modellen gjelder fra x=0x = 0.

Øvre grense: Modellen nærmer seg 20 °C20~\degree\text{C} asymptotisk — temperaturen vil matematisk sett aldri nå romtemperatur. I praksis er modellen meningsfull så lenge geléen er merkbart varmere enn romtemperaturen.

Vi kan for eksempel sette 25 °C25~\degree\text{C} som en praktisk nedre grense for hva som er «reell avkjøling». Det gir:

75,00,985x+20=2575{,}0 \cdot 0{,}985^x + 20 = 25 0,985x=575=1150{,}985^x = \frac{5}{75} = \frac{1}{15} x=ln ⁣(115)ln(0,985)179 minx = \frac{\ln\!\left(\frac{1}{15}\right)}{\ln(0{,}985)} \approx 179 \text{ min}

Et rimelig gyldighetsområde er derfor:

x[0,150]\underline{\underline{x \in [0, 150]}}

der xx er i minutter. Vi velger x=150x = 150 som en rund øvre grense — da er temperaturen ca. 27,8 °C27{,}8~\degree\text{C}, altså bare litt over romtemperaturen, og avkjølingen er i praksis ferdig. (Andre begrunnede valg, f.eks. x[0,180]x \in [0, 180], er også godkjente.)

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som klart
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
Esc
Tilbake / avslutt