CONE Cones Definição e elementos • Um plano • Um círculo C contido em • Um ponto V que não pertence a Elementos do cone Base: é o círculo C, de centro O, situado no plano Elementos do cone Vértice: é o ponto V Elementos do cone Raio da base: é o raio r do círculo C Elementos do cone Altura: é a distância h do ponto V ao plano da base Elementos do cone Eixo: é a reta que contém o vértice V e o centro O do círculo da base Elementos do cone Geratriz: é qualquer segmento VP, sendo P um ponto qualquer da circunferência da base Cone reto • Um cone se diz reto ou de revolução, quando o eixo é perpendicular ao plano da base. • Ele pode ser obtido pela rotação completa de um triângulo retângulo em torno da reta suporte de um dos catetos. • Nesse caso a altura do cone coincide com a medida do segmento 𝑉𝑂. Cone reto Relação em VOP • • • • • No triângulo retângulo VOP: 𝑔2 = ℎ2 + 𝑟 2 Onde: 𝑔2 medida da geratriz ℎ2 altura do cone 𝑟 2 medida do raio da base Áreas de superfície de um cone circular reto Área da base (Sb) A base é um círculo de raio r, portanto: 𝑺𝒃 = 𝝅𝒓𝟐 Áreas de superfície de um cone circular reto Área lateral (Sl) A área da superfície lateral corresponde à área de um setor circular de raio g. 𝑺𝒍 = 𝝅𝒓𝒈 Áreas de superfície de um cone circular reto Área total (St) É a soma da área lateral com a área da base. 𝑺𝒕 = 𝝅𝒓 𝒈 + 𝒓 Exemplo 1 Um fabricante de balas resolveu fazer a embalagem para um de seus produtos na forma de um cone reto, com 6cm de diâmetro e 10cm de altura. Qual será a quantidade mínima de papel utilizada para cobrir toda a superfície dessa embalagem? Exemplo 1 Um fabricante de balas resolveu fazer a embalagem para um de seus produtos na forma de um cone reto, com 6cm de diâmetro e 10cm de altura. Qual será a quantidade mínima de papel utilizada para cobrir toda a superfície dessa embalagem? 𝑔2 = ℎ2 + 𝑟 2 𝑆𝑏 = 𝜋𝑟𝑔 𝑆𝑡 = 𝑆𝑙 + 𝑆𝑏 𝑆𝑡 = 𝜋𝑟𝑔 + 𝜋𝑟 2 𝑜𝑢 𝜋𝑟 𝑔 + 𝑟 Exemplo 1 • 𝑔2 = ℎ2 + 𝑟 2 • 𝑔2 = 102 + 32 → 𝑔2 = 109 → 𝑔 = 109𝑐𝑚 • 𝑆𝑏 = 𝜋𝑟𝑔 • 𝑆𝑏 = 𝜋. 3. 109 = 3𝜋 109 • 𝑆𝑡 = 𝜋𝑟𝑔 + 𝜋𝑟 2 𝑜𝑢 𝜋𝑟 𝑔 + 𝑟 • 𝑆𝑡 = 𝑆𝑙 + 𝑆𝑏 → 3𝜋 109 + 9𝜋 = 3𝜋 109 + 3 Exemplo 1 • Fazendo 109 = 10,44 𝑒 𝜋 = 3,14 temos: • 𝑆𝑡 = 3𝜋 109 + 3 • 𝑆𝑡 = 3.3,14 10,44 + 3 ≅ 126,60 • Foram utilizados aproximadamente 126,60cm2 de papel. Exemplo 2 Planificando a superfície lateral de um cone circular reto, obtemos um setor circular de raio 5cm e um ângulo central de 72°. Calcular a área lateral (Sl) e a área total (St) do cone. Exemplo 2 Planificando a superfície lateral de um cone circular reto, obtemos um setor circular de raio 5cm e um ângulo central de 72°. Calcular a área lateral (Sl) e a área total (St) do cone. Exemplo 2 72 180 𝑥 𝜋𝑟𝑎𝑑 72𝜋 = 180𝑥 72𝜋 = 𝑥 ÷ 12 180 6𝜋 =𝑥 ÷3 15 2𝜋 5 Exemplo 2 2𝜋 𝑟𝑎𝑑, 5 Sabendo que 72° = vem: 𝑙 = 𝛼. 𝑔 2𝜋 𝑙= . 5 ∴ 𝑙 = 2𝜋𝑐𝑚 5 𝑙 = 2𝜋𝑟 → 2𝜋 = 2𝜋𝑟 ∴ 𝑟 = 1𝑐𝑚 Exemplo 2 𝑆𝑙 = 𝜋𝑟𝑔 → 𝑆𝑙 = 𝜋. 1.5 ∴ 𝑆𝑙 = 5𝜋𝑐𝑚2 𝑆𝑏 = 𝜋𝑟 2 → 𝑆𝑏 = 𝜋. 12 ∴ 𝑆𝑏 = 𝜋𝑐𝑚2 𝑆𝑡 = 𝑆𝑙 + 𝑆𝑏 → 𝑆𝑡 = 5𝜋 + 𝜋 ∴ 𝑆𝑡 = 6𝜋𝑐𝑚2 Ou 𝑆𝑡 = 𝜋𝑟 𝑔 + 𝑟 → 𝑆𝑡 = 𝜋. 1 5 + 1 ∴ 𝑆𝑡 = 6𝜋𝑐𝑚2 A área lateral é 5𝜋𝑐𝑚2 e a área total é 6𝜋𝑐𝑚2 Volume do Cone Considere um cone uma pirâmide com mesma altura h e bases equivalentes contidas no plano . Volume do Cone Nessas condições, esses dois sólidos tem o mesmo volume, ou seja: Volume do cone=volume da pirâmide 1 3 Volume da pirâmide→ (área da base).(altura) Então, num cone circular reto de raio r e altura h, temos: 1 𝟏 𝟐 𝑉 = 𝑆𝑏 . ℎ → 𝑽 = 𝝅𝒓 𝒉 3 𝟑 Exemplo 1 Um filtro cônico de papel tem 12cm de profundidade e 8 cm de diâmetro. Determine sua capacidade em mililitros. Exemplo 1 Um filtro cônico de papel tem 12cm de profundidade e 8 cm de diâmetro. Determine sua capacidade em mililitros. Exemplo 1 8 2 O raio do “círculo” é 𝑟 = = 4 ∴ 𝑟 = 4𝑐𝑚 1 2 1 𝑉 = 𝜋𝑟 ℎ → 𝑉 = . 𝜋. 42 . 12 ∴ 𝑉 = 64𝜋 𝑐𝑚3 3 3 Fazendo 𝜋 = 3,14: 𝑉 ≅ 200𝑐𝑚3 𝑜𝑢 𝑉 ≅ 200𝑚𝑙 Exemplo 2 A figura mostra o sólido obtido pela rotação completa de um triângulo retângulo ABC em torno da hipotenusa 𝐵𝐶. Tal sólido é a reunião de dois cones retos de mesma base. Calcule o seu volume, sabendo que os catetos AB e AC medem 9cm e 12cm respectivamente. Exemplo 2 Aplicando o teorema de Pitágoras no triângulo ABC, vamos encontrar a medida de sua hipotenusa, que corresponde à soma das alturas dos cones. 𝐵𝐶 2 = 92 + 122 → 𝐵𝐶 2 = 225 ∴ 𝐵𝐶 = 15𝑐𝑚 O raio da base comum aos cones é a medida da altura AH do triângulo ABC. Exemplo 2 AB.AC=BC.AH→9.12=15.AHAH=7,2cm Portanto, r=7,2cm O volume do sólido é a soma V1+V2, em que V1 e V2 são, respectivamente, os volumes dos cones de vértices B e C e raio r=AH. Exemplo 2 1 𝑉 = 𝑉1 + 𝑉2 → 𝑉 = . 𝜋𝑟 2 𝐵𝐻 + 𝐶𝐻 3 1 2 1 2 𝑉 = 𝜋𝑟 𝐵𝐻 + 𝐶𝐻 → 𝑉 = 𝜋𝑟 . 𝐵𝐶 3 3 *(BH+CH)=BC Substituindo numericamente: 𝑉 = 1 . 𝜋. 7,22 . 15 ∴ 𝑉 ≅ 814𝑐𝑚3 3 Tronco de cone Quanto interceptamos um cone por um plano , que é paralelo à base e não passa pelo vértice, determinamos dois sólidos: um deles é outro cone de mesmo vértice e o segundo é denominado tronco de cone de bases paralelas. Tronco de cone Quanto interceptamos um cone por um plano , que é paralelo à base e não passa pelo vértice, determinamos dois sólidos: um deles é outro cone de mesmo vértice e o segundo é denominado tronco de cone de bases paralelas. Áreas da superfície de um tronco de cone Planificando a superfície do tronco de cone circular reto indicado na figura, obtemos: R: raio da base r: raio da secção G: geratriz do cone g: geratriz do tronco Áreas das bases Base maior: 𝑺𝑩 = 𝝅𝑹𝟐 Base menor: 𝑺𝒃 = 𝝅𝒓𝟐 Área lateral A área lateral do tronco de cone (Sl) é igual à área lateral do cone primitivo menos a área lateral do cone destacado (cone pequeno), isto é: 𝑆𝑙 = 𝜋𝑅𝑔 − 𝜋𝑟 𝑔 − 𝐺 𝑺𝒍 = 𝝅𝑮 𝑹 + 𝒓 Área total É a soma da área das bases com a área lateral. 𝑺𝒕 = 𝑺𝒍 + 𝑺𝑩 + 𝑺𝒃 Volume do tronco circular reto Considere o tronco de cone representado pela figura seguinte: B: área da base maior (S1) b: área da base menor (S2) ht ou k: altura do tronco Volume do tronco circular reto Volume do tronco de cone: 𝑘 𝑉 = 𝐵 + 𝐵. 𝑏 + 𝑏 3 𝑆1 = 𝜋𝑅2 𝑒 𝑆2 = 𝜋𝑟 2 , portanto: 𝒌𝝅 𝟐 𝑽= 𝑹 + 𝑹𝒓 + 𝒓𝟐 𝟑 Propriedades do tronco de cone 1ª propriedade 2ª propriedade 3ª propriedade 𝒓 𝒅 = 𝑹 𝒉 𝑏 𝑑2 = 𝐵 ℎ2 𝑉´ 𝑑 3 = 𝑉 ℎ3 Exemplos 1. Um tronco de cone é obtido pela rotação do trapézio da figura em torno o eixo 0𝑦. Calcule a área lateral, a área total e o volume do tronco assim gerado. Exemplos Desenhando o sólido e destacando o triângulo retângulo ADE: 𝐺 2 = 𝐾 2 + 𝐸𝐷 2 → 𝐺 2 = 32 + 12 ∴ 𝐺 = 10𝑐𝑚 Exemplos Área lateral: R=2 e r=1 𝑆𝑙 = 𝜋𝐺 𝑅 + 𝑟 → 𝑆𝑙 = 𝜋 10 2 + 1 2 𝑆𝑙 = 3 10𝜋𝑐𝑚 Exemplos Área total: 𝑺𝒕 = 𝑺𝒍 + 𝑺𝑩 + 𝑺𝒃 𝑆𝐵 = 𝜋𝑅2 → 𝜋22 ∴ 𝑆𝐵 = 4𝜋𝑐𝑚2 𝑆𝑏 = 𝜋𝑟 2 → 𝜋12 ∴ 𝑆𝑏 = 𝜋𝑐𝑚2 𝑆𝑡 = 3 10𝜋 + 4𝜋 + 𝜋 → 3 10 + 4 + 1 𝜋 Exemplos Volume: R=2, r=1 e k=3 𝑘𝜋 V= 3 2 𝑅 + 𝑅𝑟 + 𝑟 2 = 3𝜋 3 2 2 2 + 2.1 + 1 = 𝜋 4 + 2 + 1 ∴ 𝑉 = 7𝜋𝑐𝑚 3 Exemplos 2. Um cone circular reto tem raio de 4m e altura 8m. Qual a área da secção transversal feita por um plano distante 2m do seu vértice? Exemplos 2. Um cone circular reto tem 4m e altura 8m. Qual a área da secção transversal feita por um plano distante 2m do seu vértice? 𝑟 𝑅 𝑑 ℎ Cálculo do raio da secção (r): = 𝑟 2 = → 4 = 1𝑚 4 8 Cálculo da área da secção (b): 𝑏 = 𝜋𝑟 2 𝑏 = 𝜋12 ∴ 𝑏 = 𝜋𝑚2 Exemplos 3. Um copo de chope, cujo interior tem a forma praticamente cônica, tem 15cm de profundidade e capacidade para 300ml. Suponha que um chope seja “tirado” com 3cm de “colarinho” (espuma). Qual o volume de chope (líquido) contido no copo? Exemplos d=15-3, assim, d=12cm h=15cm V=300ml 3 3 𝑉´ 𝑑 𝑉´ 12 4 = 3→ = = 𝑉 ℎ 300 15 5 𝑉´ = 0,512 → 300.0,512 300 V´=153,6ml 3