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DESENHO GEOMÉTRICO Mariana Comerlato Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Definir circunferência. Classificar os elementos e as divisões das circunferências. Determinar tangentes e retificações de circunferências. Introdução Neste capítulo, você vai estudar a circunferência, os seus conceitos funda- mentais e os principais estudiosos do assunto. Você também vai aprender a identificar e classificar seus principais elementos e a desenvolver as construções geométricas da circunferência, desde seu traçado básico até suas divisões e retificações. Conceitos fundamentais A circunferência é um elemento formado por um conjunto de pontos distribu- ídos no espaço que possuem como característica o fato de todos eles estarem a uma mesma distância de um ponto conhecido como centro, conforme mostra a Figura 1. Assim como existem infi nitos pontos ao redor do seu perímetro, a circunferência também possui infi nitos raios e infi nitos diâmetros que conectam esses pontos do perímetro, conforme leciona Januário (2010). Figura 1. Conceito geométrico da circunferência: um ponto central e infinitos pontos equidistantes do centro pela medida conhecida como raio. A circunferência é considerada uma curva, então não podemos medi-la com uma régua. Para isso, estudiosos matemáticos da Antiguidade desenvolveram uma forma de calcular o comprimento de uma circunferência, representado da seguinte maneira: C = 2 ∙ π ∙ r onde: π = número que representa a relação métrica constante entre o com- primento da circunferência e o seu diâmetro — segundo Reis (2014), π é um número irracional cujo valor é 3,141592, aproximadamente; r = raio da circunferência. Ao longo deste capítulo, veremos que existe uma maneira precisa de reti- ficar a circunferência por meio do desenho geométrico. Com a circunferência retificada, é possível medir o seu comprimento em linha reta. Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações2 Quando falamos em geometria, não podemos deixar de fora Euclides de Alexandria, grande matemático da Antiguidade e o primeiro a estudar a geometria. Uma das suas obras mais importantes é o tratado intitulado Os elementos, composto por 13 livros que serviram de base para diversos outros estudos e para o que ficou conhecido até hoje como geometria euclidiana. A publicação de Euclides é baseada em axiomas (verdades incontestáveis sobre a ciência) e postulados (verdades incontestáveis sobre um determinado assunto), conforme explica Boyer (1991). É nesse tratado que Euclides vai definir os elementos principais da geometria, como ponto, reta, arco, superfície, ângulo e diâmetro. Euclides também vai afirmar que, com um ponto e uma distância quaisquer, é possível construir uma circunferência com centro naquele ponto e raio igual àquela distância, conforme leciona Costa (2011). Além de ser uma das publicações mais antigas de que se tem registro, Os elementos também é uma das obras mais traduzidas da história da humanidade. Elementos da circunferência Junto com o centro e o raio, outros elementos são importantes para as demais construções geométricas da circunferência, como a sua divisão em partes iguais e a sua retifi cação, conforme leciona Carvalho (2008). Vejamos abaixo e, também, na Figura 2, a defi nição desses elementos. Arco: é uma porção da circunferência, ou seja, do seu perímetro, com- preendida entre dois pontos. O arco pode apresentar tamanhos diversos. Corda: é o segmento de reta que une as extremidades de um arco. Diâmetro: é a única corda que passa pelo centro da circunferência, tendo a dimensão equivalente ao dobro do raio. O diâmetro é a maior corda da circunferência. Flecha: é o trecho do raio que é limitado pela corda e pelo arco e que é perpendicular à corda. 3Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações Figura 2. Elementos da circunferência: arco, corda, diâmetro e flecha. Vejamos também outros elementos importantes — as retas e as suas posi- ções relativas em relação à circunferência — abaixo e na Figura 3. Reta secante: reta que corta a circunferência em dois pontos, formando o segmento de reta conhecido como corda. Quando a secante corta a circunferência pelo seu centro, ela gera o seu diâmetro. Reta tangente: reta que toca a circunferência em apenas um ponto e que é perpendicular ao raio que passa por esse ponto. O encontro entre a reta tangente e a circunferência é chamado de ponto de tangência. Além de saber identificar uma tangente, é importante desenhá-la de forma correta. Mais adiante veremos como construir uma reta tangente à circunferência. Figura 3. Elementos da circunferência: retas secante e tangente. Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações4 As circunferências também possuem ângulos relevantes, que podem ser os seguintes (Figura 4). Ângulo central: é o ângulo cujo vértice é o centro (O) da circunferência e que gera um arco correspondente (AB). Ângulo inscrito: ângulo que possui o vértice (D) na circunferência e seus lados são cordas (DE e CD). Ângulo encontrado em situações de inscrição de polígono em circunferência. Ângulo circunscrito: ângulo formado quando o vértice (G) está fora da circunferência e seus lados a tangenciam. Figura 4. Elementos da circunferência: ângulos. A geometria é um grande campo de estudo que possui muitos enfoques, como a geometria analítica, a descritiva e a espacial. Neste capítulo, estudamos a circunferência a partir do tema do desenho geométrico, mas a circunferência também pode ser observada e representada a partir de outras abordagens da geometria. A geometria analítica, por exemplo, estuda os lugares geométricos (retas, circunferência, parábolas, etc.) por meio de representações algébricas relacionadas a produtos cartesianos. Nesse caso, pela geometria analítica, a circunferência é caracterizada por uma expressão matemática que representa, em um plano cartesiano, as coordenadas x e y de seu centro (Xc e Yc), as coordenadas x e y de algum ponto genérico de sua formação, e a dimensão de seu raio (r). Portanto, segundo Santos e Ferreira (2009), na geometria analítica, a circunferência é dada por: 5Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações Construções geométricas e divisões Pode-se dizer que são dois os elementos mais importantes para a construção geométrica da circunferência: o ponto correspondente ao seu centro e o raio, que determina a distância do centro à borda composta pelos demais pontos. Essa é a lógica inicial para traçar uma circunferência. No desenho geométrico, o instrumento utilizado para o traçado de uma circunferência é o compasso, cuja ponta seca é posicionada no centro da circunferência, e cuja abertura representa o raio. Com o grafi te do compasso, desenha-se a circunferência, conforme leciona Giovanni (2016) e demonstra a Figura 5. Figura 5. Desenho da circunferência por meio do instrumento compasso. Fonte: FERNANDO BLANCO CALZADA/Shutterstock.com. Além da construção básica da circunferência, é importante para o desenho geométrico saber determinar e construir outros elementos. A seguir, veremos o passo a passo dessas construções. É importante ressaltar a necessidade de instrumentos adequados para as construções, como régua, compasso e dupla de esquadros. Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações6 Identificação do centro de uma circunferência Para identifi car o centro de uma circunferência dada, é necessário traçar duas cordas quaisquer (AB e BC) e as suas mediatrizes. O centro da circunferência será o ponto O, localizado no encontro das mediatrizes, conforme leciona Carvalho (2008) e demonstra a Figura 6. Figura 6. Passo a passo para determinar o centro de uma circunferência. A mediatriz é uma reta que corta outra reta ou segmento de reta em seu ponto médio. Veja nolink abaixo um vídeo que mostra como traçar uma mediatriz. https://goo.gl/U66GJ3 Divisão da circunferência em três partes iguais e inscrição de um triângulo A divisão de uma circunferência em três partes iguais inicia com o traçado de um eixo qualquer que passa pelo centro da circunferência (O) e corta o seu perímetro (A). Com a ponta seca do compasso em A e a abertura da dimensão do raio, desenha-se um arco que cruza a circunferência marcando os pontos B e C. Estes já são os dois primeiros pontos da divisão. O terceiro ponto (D) se encontra no cruzamento do eixo traçado inicialmente com a outra extremidade da circunferência. 7Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações O triângulo inscrito em uma circunferência dividida em partes iguais é chamado de triângulo equilátero, pois possui três lados e três ângulos internos iguais. Os ângulos internos do triângulo são considerados ângulos inscritos da circunferência (Figura 7). Para dividir uma circunferência em seis ou 12 partes iguais, basta traçar as mediatrizes dos lados e criar os pontos de intersecção das mediatrizes com a circunferência. Figura 7. Passo a passo para dividir uma circunferência em três partes iguais e inscrever um polígono regular. O lado de um hexágono inscrito em uma circunferência é igual ao raio dessa circun- ferência. Sendo assim, para dividir uma circunferência em seis partes iguais, basta ter um compasso em mãos com sua abertura na mesma medida do raio. Marque seis pontos consecutivos na circunferência e a divisão estará completa. Divisão da circunferência em quatro partes iguais e inscrição de um quadrado Para dividir uma circunferência em quatro partes iguais é necessário traçar dois diâmetros perpendiculares entre si (AB e CD). Os pontos dos diâmetros na circunferência formam o polígono, conforme mostra a Figura 8. Para dividir a circunferência em oito ou 16 partes, basta traçar as mediatrizes dos lados do polígono. Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações8 Figura 8. Passo a passo para dividir uma circunferência em quatro partes iguais e inscrever um polígono regular. Divisão da circunferência em cinco partes iguais e inscrição de um pentágono Para dividir uma circunferência em cinco partes iguais, inicialmente deve- -se traçar dois diâmetros perpendiculares entre si (AB e CD) e, em seguida, traçar a mediatriz do raio CO, achando o ponto médio (M). Com a ponta seca do compasso em M e a abertura do compasso MA, traçar o arco e localizar o ponto N no raio OD. A distância AN corresponde a 1/5 da circunferência, e essa medida pode ser transferida com o compasso marcando-se os vértices (F, G, H e I) do polígono iniciando em A, conforme mostra a Figura 9. Para divisões em partes múltiplas de cinco, é necessário traçar a mediatriz dos lados do polígono. Figura 9. Passo a passo para dividir uma circunferência em cinco partes iguais e inscrever um polígono regular. 9Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações Traçado de uma tangente Conforme já vimos no início deste capítulo, a tangente é uma reta que toca a circunferência em apenas um ponto (ponto de tangência), sendo perpendicular ao raio que passa naquele ponto. Portanto, para traçar uma reta tangente a uma circunferência dada, é necessário, primeiramente, determinar o ponto de tangência (A) e seu respectivo raio (AO). Em seguida, com o auxílio de esquadros, deve-se traçar uma reta perpendicular (t) ao raio determinado, no ponto A, conforme mostra a Figura 10. Figura 10. Passo a passo para o traçado de uma reta tangente. Retificações de circunferência Retifi car a circunferência signifi ca transformar sua curva em uma linha reta que possua a mesma extensão do perímetro original da circunferência. A retifi cação da circunferência é importante para defi nirmos grafi camente seu comprimento. Como já vimos no início deste capítulo, é possível defi nir o comprimento de uma circunferência por meio da álgebra, com a expressão C = 2 ∙ π ∙ r. Trata-se, portanto, de duas formas diferentes e complementares de se obter o mesmo resultado, sendo o cálculo o modo mais preciso, pois trabalha com casas decimais que, muitas vezes, a régua não abrange. Existem vários métodos de retificação de circunferências, sendo o método de Arquimedes o mais conhecido deles. Arquimedes foi um matemático da Antiguidade Clássica inspirado por Euclides e que, dentre muitos estudos relevantes, encontrou uma aproximação apurada do número π que é a relação entre comprimento da circunferência e diâmetro. A Figura 11 representa essa Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações10 relação; ela demonstra que, se uma circunferência tem diâmetro de 1 unidade, o seu comprimento é de aproximadamente 3,14 unidades, valor da razão π. Figura 11. Número π: relação entre o diâmetro e o com- primento da circunferência. Nos seus estudos algébricos, Arquimedes chegou à conclusão de que o comprimento de uma circunferência se dava a partir da seguinte combinação, baseada no número π: C = 3 ∙ d + 1/7 ∙ d onde d é o diâmetro da circunferência. A retificação da circunferência pelo método de Arquimedes segue, então, a lógica da fórmula desenvolvida por ele. Em uma circunferência dada, para retificarmos seu comprimento, necessitamos traçar três unidades inteiras do seu diâmetro mais um sétimo dessa mesma unidade. Para achar 1/7 do diâmetro, traçamos inicialmente um diâmetro AB e, em seguida, traçamos uma reta auxiliar (a), iniciando no ponto A desse diâmetro. Nessa reta, marcamos com o compasso, sempre na mesma abertura, 7 pontos. Unimos o sétimo ponto à outra extremidade do diâmetro (ponto B), formando um triângulo. Com os esquadros, traçamos uma reta paralela à reta do ponto 7 para transferir o ponto 6 para o diâmetro AB. A distância entre os pontos 6 e 7 no diâmetro AB equivale a 1/7 desse diâmetro. Por fim, é necessário marcar três dimensões do diâmetro e mais 1/7 do mesmo. Utilizamos o compasso para transferir essas medidas com precisão para um segmento de reta. Nesse caso, a retificação da 11Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações circunferência de diâmetro AB equivale ao segmento de reta AE, conforme mostra a Figura 12. Para efeitos de segurança, é possível medir a retificação e conferir se as dimensões estão corretas por meio da fórmula do comprimento da circunferência: C = 2 ∙ π ∙ r. Figura 12. Método de Arquimedes para retificação da circunferência. Existem vários métodos de retificação de circunferências, mas todos se baseiam no estudo de Arquimedes sobre a relação entre comprimento e diâmetro da circunferência. Confira no link abaixo um vídeo que demonstra o método de Kochansky, matemático do século XVII. https://goo.gl/CffRMi Para finalizar, é importante ressaltar que, apesar de se tratar de um elemento simples, e talvez justamente por causa disso, o estudo da circunferência é de grande relevância. Sua simplicidade faz como que ela seja a base de muitos outros elementos. O fácil entendimento da circunferência e a compreensão de seus processos nos auxiliam em inúmeras questões do nosso dia a dia. Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações12 BOYER, C. B. A history of mathematics. 2. ed. New York: John Wiley & Sons, 1991. CARVALHO, B. A. Desenho geométrico. 2. ed. Rio de Janeiro: Imperial, 2008. COSTA, D. M. B. Apostila geometria descritiva. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2011. GIOVANNI, J. R. Desenho geométrico. São Paulo: FDT, 2016. v. 1. JANUÁRIO, A. J. Desenho geométrico. 3. ed. Florianópolis: UFSC, 2010. REIS, A. G. Geometrias plana e sólida: introdução e aplicações em agrimensura. Porto Alegre: Bookman, 2014. SANTOS, F. J. S.; FERREIRA, F. S. Geometria analítica. Porto Alegre: Bookman, 2009. 13Circunferências: elementos, divisões, tangentes e retificações Conteúdo:
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