Establece un sistema de referencia con origen en la posición inicial del barco, con eje OX con dirección oeste-este, con sentido positivo hacia el este, y con eje OY con dirección sur-norte, con sentido positivo hacia el norte.
Luego, tienes que las componentes de la velocidad de la corriente son:
vcx = 3 (expresadas en Km/h),
vcy = 0.
Luego, planteas las componentes de la velocidad de máquinas del barco (observa que indicamos con θ al ángulo que forma con el semieje positivo OX, y observa también que su valor debe ser mayor que 45°), y queda:
vmx = vm*cosθ = 15*cosθ (en Km/h),
vmy = vm*senθ = 15*senθ (en Km/h).
Luego, planteas las componentes de la velocidad efectiva (v) del barco (observa que forma un ángulo de 45° con el semieje positivo OX), y queda:
vx = v*cos(45°) (en Km/h),
vy = v*sen(45°) (en Km/h).
Luego, como tienes que la velocidad efectiva es la suma vectorial de la velocidad de la corriente más la velocidad de máquinas, planteas las expresiones de sus componentes, y queda:
vx = vcx + vmx,
vy = vcy + vmy;
luego, sustituyes expresiones, cancelas el término nulo en la segunda ecuación, y queda:
v*cos(45°) = 3 + 15*cosθ (1),
v*sen(45°) = 15*senθ (2),
que es un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas.
Luego, divides miembro a miembro entre ambas ecuaciones, simplificas, y queda:
cos(45°)/sen(45°) = (3 + 15*cosθ)/(15*senθ),
resuelves el primer miembro, multiplicas en ambos miembros por 15*senθ, y queda:
15*senθ = 3 + 15*cosθ,
divides por 3 en todos los términos de la ecuación, y queda:
5*senθ = 1 + 5*cosθ,
restas 5*cosθ en ambos miembros, extraes factor común en el primer miembro, y queda:
5*(senθ - cosθ) = 1,
divides por 5 en ambos miembros, elevas al cuadrado en ambos miembros, desarrollas el primer miembro, y queda:
sen2θ - 2*senθ*cosθ + sen2θ = 1/25,
aplicas la identidad fundamental con los dos términos remarcados, restas 1 en ambos miembros, y queda:
-2*senθ*cosθ = -24/25,
multiplicas por -1 en ambos miembros, aplicas la identidad del seno del doble de un ángulo, y queda:
sen(2*θ) = 24/25,
compones con la función inversa del seno en ambos miembros, y tienes dos opciones:
a)
2*θ ≅ 73,74°, divides por 2 en ambos miembros, y queda:
θ ≅ 36,87° (haz un diagrama de velocidades, y observa que esta opción no tiene sentido para este problema);
b)
2*θ ≅ 106,26°, divides por 2 en ambos miembros, y queda:
θ ≅ 53,13°;
luego, reemplazas el valor remarcado en la ecuación señalada (2), y queda:
v*sen(45°) ≅ 15*sen(53,13°), divides por sen(45°) en ambos miembros, resuelves, y queda:
v ≅ 16,97 m/s.
Espero haberte ayudado.
graciass