Question Number 132440 by liberty last updated on 14/Feb/21
$$\mathrm{A}\:\mathrm{vessel}\:\mathrm{containing}\:\mathrm{water}\:\mathrm{has}\:\mathrm{the}\: \\ $$$$\mathrm{shape}\:\mathrm{of}\:\mathrm{and}\:\mathrm{inverted}\:\mathrm{right}\:\mathrm{circular} \\ $$$$\mathrm{cone}\:\mathrm{with}\:\mathrm{base}\:\mathrm{radius}\:\mathrm{2m}\:\mathrm{and}\:\mathrm{height}\:\mathrm{5m} \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{water}\:\mathrm{flows}\:\mathrm{from}\:\mathrm{the}\:\mathrm{apex} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{cone}\:\mathrm{at}\:\mathrm{a}\:\mathrm{constant}\:\mathrm{rate}\: \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{0}.\mathrm{2}\:\mathrm{m}^{\mathrm{3}} /\mathrm{min}.\:\mathrm{Find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{rate}\:\mathrm{at} \\ $$$$\mathrm{which}\:\mathrm{the}\:\mathrm{water}\:\mathrm{level}\:\mathrm{is}\:\mathrm{dropping} \\ $$$$\mathrm{when}\:\mathrm{the}\:\mathrm{depth}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{water}\:\mathrm{is} \\ $$$$\mathrm{4m}. \\ $$
Answered by bemath last updated on 14/Feb/21
$$\mathrm{The}\:\mathrm{volume}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{water}\:\mathrm{at}\:\mathrm{any} \\ $$$$\mathrm{time}\:\mathrm{t}\:\mathrm{is}\:\mathrm{V}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\pi^{\mathrm{2}} \mathrm{h} \\ $$$$\mathrm{We}\:\mathrm{are}\:\mathrm{given}\:\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}\:=\:−\mathrm{0}.\mathrm{2}\:\mathrm{and}\:\mathrm{asked} \\ $$$$\mathrm{to}\:\mathrm{find}\:\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}\:\mathrm{when}\:\mathrm{h}=\mathrm{4}\:.\:\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}\:\mathrm{is}\:\mathrm{negative} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{volume}\:\mathrm{is}\:\mathrm{decreasing}\:. \\ $$$$\mathrm{from}\:\mathrm{proportional}\:\mathrm{sides}\:\frac{\mathrm{r}}{\mathrm{h}}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{5}} \\ $$$$\:\mathrm{r}=\:\frac{\mathrm{2h}}{\mathrm{5}}\:\Rightarrow\mathrm{V}=\frac{\mathrm{4}\pi\mathrm{h}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{75}}\:\mathrm{and}\:\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dh}}=\frac{\mathrm{4}\pi\mathrm{h}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{25}} \\ $$$$\:\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dh}}×\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}\:;\:−\mathrm{0}.\mathrm{2}\:=\:\frac{\mathrm{4}\pi\mathrm{h}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{25}}×\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}} \\ $$$$\:\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}\:=\:−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}\pi\mathrm{h}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{when}\:\mathrm{h}=\mathrm{4} \\ $$$$:\:\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}\mid_{\mathrm{4}} \:=\:−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{64}\pi}\:\approx\:−\mathrm{0}.\mathrm{0249}\:\mathrm{m}/\mathrm{min} \\ $$
Commented by bemath last updated on 14/Feb/21
Commented by liberty last updated on 16/Feb/21
$$\mathrm{nice} \\ $$
Answered by mr W last updated on 14/Feb/21
$${h}_{\mathrm{0}} =\mathrm{5}\:{m} \\ $$$${r}_{\mathrm{0}} =\mathrm{2}\:{m} \\ $$$${V}_{\mathrm{0}} =\frac{\pi{r}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} {h}_{\mathrm{0}} }{\mathrm{3}} \\ $$$$\frac{{V}}{{V}_{\mathrm{0}} }=\left(\frac{{h}}{{h}_{\mathrm{0}} }\right)^{\mathrm{3}} \\ $$$${V}=\left(\frac{{h}}{{h}_{\mathrm{0}} }\right)^{\mathrm{3}} {V}_{\mathrm{0}} \\ $$$$\frac{{dV}}{{dt}}=\mathrm{3}\left(\frac{{h}}{{h}_{\mathrm{0}} }\right)^{\mathrm{2}} \frac{{V}_{\mathrm{0}} }{{h}_{\mathrm{0}} }×\frac{{dh}}{{dt}}=\pi{r}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(\frac{{h}}{{h}_{\mathrm{0}} }\right)^{\mathrm{2}} \frac{{dh}}{{dt}} \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dh}}{{dt}}=\frac{\frac{{dV}}{{dt}}}{\pi{r}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(\frac{{h}}{{h}_{\mathrm{0}} }\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{−\mathrm{0}.\mathrm{2}}{\pi×\mathrm{2}^{\mathrm{2}} ×\left(\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}}\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{64}\pi} \\ $$$$\approx−\mathrm{0}.\mathrm{025}\:{m}/{min}\:=−\mathrm{1}.\mathrm{49}\:{m}/{h} \\ $$
Commented by otchereabdullai@gmail.com last updated on 14/Feb/21
$$\mathrm{fantastic} \\ $$