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2008 Geometria Descritiva Prof. André Marcelo Santos de Souza Prof. Saulo Vargas 1a Edição Copyright © UNIASSELVI 2008 Elaboração: Prof. André Marcelo Santos de Souza Prof. Sauylo Vargas Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. Impresso por: S729g Souza, André Marcelo Santos de Geometria descritiva / André Marcelo Santos de Souza e SauloVargas. Indaial : Uniasselvi, 2008. 131 p. : il ISBN 978-85-7830- 059-3 1.Geometria descritiva. I. Centro Universitário Leonardo da Vinci II. Núcleo de Ensino a Distância III. Título CDD 516.6 III apresentação APRESENTAÇÃO Caro acadêmico, Iniciaremos a disciplina de Geometria Descritiva. Esta disciplina introduzirá os conceitos necessários para que vocês possam projetar e entender uma projeção tridimensional num plano. Para facilitar a compreensão do aluno leitor, organizamos este caderno em três unidades de estudo, obedecendo a um critério de conhecimentos. Tentamos, com isso, fazer com que o aluno tenha o conceito teórico dos temas antes de aplicá-lo. Para um melhor desenvolvimento das habilidades práticas e teóricas, projetamos este caderno levando em conta que cada aluno disponha de, pelo menos, uma régua, um compasso e dois esquadros (30° e 45º), bem como folhas A4 e lápis 6B para desenho. A Unidade 1 traz os conceitos e definições básicas de geometria, ensina como construir ângulos e retas. Na Unidade 2, o aluno conhecerá o que é um sistema de projeção, os tipos que existem, qual usaremos, o que é épura, cota, afastamento e abscissa, além de iniciar a projeção com pontos. E, finalmente, na Unidade 3, o aluno projeta segmentos de retas e polígonos e faz um estudo básico sobre a Verdadeira Grandeza dos objetos projetados. Com isso, este caderno proporcionará um apoio pedagógico para você iniciar seus conhecimentos no mundo geométrico das projeções. Prof. Saulo Vargas Prof. André Marcelo Santos de Souza IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! NOTA V VI VII UNIDADE 1 - INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA ................................... 1 TÓPICO 1 - DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA ............ 3 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 3 2 DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS ................................................................................................... 3 3 PROPOSIÇÕES .................................................................................................................................. 6 4 ELEMENTOS IMPRÓPRIOS ........................................................................................................ 10 RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 11 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 12 TÓPICO 2 - CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO ......................................... 13 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 13 2 DEFINIÇÃO ÂNGULO .................................................................................................................. 13 2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS ÂNGULOS ........................................................................................ 14 2.1.1 Ângulo Reto ....................................................................................................................... 14 2.1.2 Ângulo Agudo ................................................................................................................... 14 2.2 Ângulo Complementar .............................................................................................................. 15 3 CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS DE 60º E 120º ........................................................................ 16 3.1 ÂNGULO DE 60º ........................................................................................................................ 16 3.2 ÂNGULO DE 120º ...................................................................................................................... 18 4 BISSETRIZ ........................................................................................................................................ 18 4.1 COMO CONSTRUIR UMA BISSETRIZ .................................................................................. 19 5 ÂNGULOS DE 15º, 30º, 45º, 75º E 90º ............................................................................................ 21 5.1 ÂNGULO DE 30º ........................................................................................................................ 21 5.2 ÂNGULO DE 90º ........................................................................................................................ 21 5.3 ÂNGULOS DE 15º, 45º E 75º ..................................................................................................... 22 6 TRANSPOSIÇÃO DE ÂNGULO .................................................................................................. 22 RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 25 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 26 TÓPICO 3 - CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. ....................................................................................................................... 29 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 29 2 RETAS PARALELAS ....................................................................................................................... 29 3 RETAS PERPENDICULARES ....................................................................................................... 32 4 MEDIATRIZ ......................................................................................................................................34 5 TRANSPOSIÇÃO DE IMAGEM .................................................................................................. 36 RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 43 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 44 UNIDADE 2 - SISTEMAS DE PROJEÇÕES ................................................................................. 47 TÓPICO 1 - PROJEÇÕES .................................................................................................................. 49 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 49 sumário VIII 2 O QUE É PROJEÇÃO ...................................................................................................................... 49 RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 52 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 53 TÓPICO 2 - SISTEMA CÔNICO E SISTEMA CILÍNDRICO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 55 2 SISTEMA CÔNICO ......................................................................................................................... 55 3 SISTEMA CILÍNDRICO ................................................................................................................ 56 4 PROJEÇÕES CILÍNDRICAS X PROJEÇÕES CÔNICAS ........................................................ 58 RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 60 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 61 TÓPICO 3 - SISTEMA MONGEANO ............................................................................................ 63 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 63 2 SISTEMA MONGEANO ................................................................................................................ 63 3 ÉPURA ................................................................................................................................................ 64 4 COTA E AFASTAMENTO .............................................................................................................. 67 RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 69 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 70 TÓPICO 4 - PROJEÇÃO DE UM PONTO ..................................................................................... 71 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 71 2 PROJEÇÃO DE UM PONTO NA ÉPURA .................................................................................. 71 3.1 PONTO PERTENCENTE AO PLANO HORIZONTAL ........................................................ 76 3 PROJEÇÃO DE UM PONTO PERTENCENTE AO PLANO NA ÉPURA ............................ 76 3.2 PONTO PERTENCENTE AO PLANO VERTICAL ............................................................... 77 3.3 PONTO PERTENCENTE A LINHA DA TERRA ................................................................... 78 RESUMO DO TÓPICO 4................................................................................................................... 81 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 82 UNIDADE 3 - PROJEÇÕES DE RETAS, VERDADEIRA GRANDEZA E POLÍGONOS NA ÉPURA ................................................................................................................................................... 85 TÓPICO 1 - PROJEÇÃO DE RETAS PARALELAS EM RELAÇÃO A UM DOS PLANOS . 87 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 87 2 IDEIAS BÁSICAS ............................................................................................................................ 87 3 PROJETANDO SEGMENTOS PARALELOS ............................................................................. 88 3.1 SEGMENTO PARALELO AOS DOIS PLANOS ..................................................................... 88 3.2 SEGMENTO PERPENDICULAR A UM DOS PLANOS DE PROJEÇÃO .......................... 90 3.3 SEGMENTO PARALELO A UM DOS PLANOS DE PROJEÇÃO ....................................... 92 RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 98 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 99 TÓPICO 2 - SEGMENTOS OBLÍQUOS AOS DOIS PLANOS DE PROJEÇÃO ................. 101 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 101 2 SEGMENTO ORTOGONAL A LT. ............................................................................................ 101 3 SEGMENTO OBLÍQUO A LT ..................................................................................................... 103 RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................. 105 AUTOATIVIDADE .......................................................................................................................... 106 TÓPICO 3 - PROJEÇÃO DE POLÍGONOS ................................................................................. 107 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 107 IX 2 VG DE UM SEGMENTO CONTIDO NUMA RETA DE PERFIL ........................................ 107 3 VG DE UM SEGMENTO CONTIDO NUMA RETA QUALQUER ..................................... 112 RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................. 118 AUTOATIVIDADE .......................................................................................................................... 119 TÓPICO 4 - PROJEÇÃO DE POLÍGONOS ................................................................................. 121 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 121 2 POLÍGONO PARALELO A UM DOS PLANOS ..................................................................... 121 2.1 1º CASO – POLÍGONO PARALELO AO PH....................................................................... 122 2.2 2º CASO – POLÍGONO PARALELO AO PV ....................................................................... 123 3 POLÍGONO ORTOGONAL AOS PLANOS DE PROJEÇÃO .............................................. 124 RESUMO DO TÓPICO 4................................................................................................................. 135 AUTOATIVIDADE .......................................................................................................................... 136 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 137 X 1 UNIDADE1 INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • Conhecer os conceitos fundamentais da Geometria. • Entender a construção teórica da Geometria. • Construir ângulos, retas paralelas e perpendiculares. Esta unidade está dividida em três tópicos. No final de cada um deles, você encontrará atividades que reforçarão o seu aprendizado. TÓPICO 1 – DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DA GEOMETRIA TÓPICO 2 – CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM O COMPASSO TÓPICO 3 – CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA 1 INTRODUÇÃO Segundo Ardevan Machado (1973, p.11), “a Geometria Descritiva tem por finalidade representar no plano as figuras do espaço, de modo a podermos, com o auxílio da Geometria Plana, estudar suas propriedades e resolver os problemas relativos às mesmas”. Esse tópico tem como principal objetivo proporcionar a você o entendimento de como funciona a construção dos conceitos e das idéias da geometria. Busca também introduzir você aos conceitos e idéias fundamentais que regem a Geometria. Claro que selecionamos as idéias que serão importantes para a compreensão da Geometria Descritiva, que é a nossa disciplina. Porém, você verá que Geometria é sempre Geometria. Apesar de teórica essa parte é muitíssimo importante para o aluno, caso a compreensão não se dê por completo nesse tópico, todo o aprendizado futuro ficará comprometido. 2 DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS Geometria: estuda figuras (objetos) através das propriedades dos seus elementos, definindo, caracterizando e padronizando suas formas e dimensões. Formas Geométricas: formas específicas usadas para estudo de todas as figuras em geometria Veja alguns exemplos de formas geométricas que provavelmente você deve já deve ter estudado. FIGURA 1: POLÍGONOS FONTE: AUTOR UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 4 As formas geométricas estão presentes em vários elementos do nosso mundo. Basta que você olhe atentamente ao seu redor. Pare um minuto e conte quantas formas geométricas tem ao seu redor. IMPORTANT E Proposições Geométricas: conceitos e propriedades estabelecidas através de observações e experiências que fundamentam todo o estudo geométrico. Postulado: é uma proposição, aceita consensualmente, e que não precisa de demonstração matemática. Os postulados fundamentam a Geometria. Teorema: é uma proposição “mais elaborada”, e que não é tão trivial ao entendimento. Esta proposição só é tida como verdadeira se houver uma demonstração matemática que a comprove. Corolário: é uma proposição decorrente diretamente de um teorema qualquer. A validação do teorema “mãe” faz, quase que instantaneamente, o corolário ser demonstrado e, conseqüentemente, validado. Problema: é uma proposição que exige solução, a qual deve ser obtida através de aplicações de preposições específicas (postulados, teoremas e corolários). Forma: quando comparamos a aparência de algo com outro objeto qualquer, estamos avaliando a forma dos dois elementos. Por exemplo, se dizemos que uma determinada melancia se parece com uma bola de futebol, estamos querendo dizer que as formas de ambas são parecidas. Dimensão: ao classificarmos objetos pelo tamanho, estamos avaliando a dimensão (altura) dos mesmos. Por exemplo, determinado cachorro é maior (dimensão: altura) que o outro. OBS: No espaço tridimensional, todos os objetos têm três dimensões: altura, largura e espessura. Ponto: é o mais simples dos elementos e o que dá suporte a todas as outras idéias. Entendê-lo é a parte mais importante e o suficiente para que possamos entender toda a geometria. Não existe definição para ponto, pois é um ente primitivo da Matemática, uma idéia que todo ser humano é capaz de compreender sem explicação. Mesmo assim, “o fato de ponto, reta, plano e espaço serem noções primitivas da Geometria não significa que não se possa reforçar a intuição do aluno a respeito dessas noções”. (ELON et al, 2004, p. 164). TÓPICO 1 | DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA 5 Para indicar um ponto usamos uma letra maiúscula do nosso alfabeto. Por exemplo, a ponta de um compasso nos dá a idéia de ponto. Linha: é uma seqüência contínua de pontos. O trajeto feito por um beija-flor ao beber o néctar das flores nos dá a idéia de linha. Reta: se a distância entre dois pontos quaisquer de uma linha é a menor possível, então essa linha é chamada de reta. Para indicar uma reta, utilizamos uma letra minúscula do nosso alfabeto: FIGURA 2: RETA FONTE: AUTOR O encontro de duas paredes nos dá a idéia de uma parte da reta. Segmento de reta: Dados dois pontos distintos de uma reta qualquer, o trecho entre os dois pontos é denominado segmento de reta. Para indicar um segmento de reta, utilizamos as letras da extremidade. FIGURA 3: SEGMENTO AB FONTE: AUTOR A parte da reta contida na intersecção de duas paredes nos dá a idéia de segmento de reta. Se dois segmentos têm a mesma medida. Eles são chamados de segmentos congruentes. E indicamos por AB ≅ CD. Semi-reta: um ponto A qualquer de uma reta a divide em duas partes, que são chamadas de semi-retas. Conseqüentemente, podemos dizer que uma semi-reta tem começo (no ponto que divide a reta), mas não tem fim. Para indicar uma semi-reta, basta considerar um ponto em cada uma das partes. Para determinar a direção da semi- reta referida, colocar uma flecha acima do ponto A e do ponto considerado. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 6 → → FIGURA 4: SEMI-RETA FONTE: AUTOR Plano: é a região formada pelo deslocamento de uma reta por uma única direção. Para indicar um plano, ou parte dele, utilizamos uma letra do alfabeto grego: α (alfa), β (beta), γ (gama),... FIGURA 5: PLANO FONTE: AUTOR O deslocamento da concha de uma retro escavadeira ao espalhar um monte de barro nos dá a idéia de um plano. Assim também a folha desse caderno de estudo nos dá a idéia de plano. 3 PROPOSIÇÕES A construção da geometria perpassa por proposições importantes. O aluno tem que ter familiaridade com os termos geométricos e notar a construção da matemática geométrica pelas proposições, percebendo que nada é por acaso. Todos os conceitos têm uma afirmação anterior devidamente comprovada. Aparecerão também algumas novas definições que serão necessárias para um melhor entendimento das proposições, estas definições aparecem nesse momento e não anteriormente, para que o leitor possa ver sua conseqüência direta. As proposições estão indicadas por P1, P2, P3, ... E as definições por Def1, Def2, Def3, ... P1: Há um número infinito de pontos, retas e planos. P2: Um ponto pertence a um número infinito de retas e planos. P3: Uma reta contém infinitos pontos e pertence a infinitos planos. P4: Um plano contém um número infinito de pontos e retas. TÓPICO 1 | DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA 7 Def1: Três ou mais pontos são ditos colineares quando pertencem a uma mesma reta. FIGURA 6: PONTOS COLINEARES FONTE: AUTOR A B C P5: Três pontos não colineares determinam um plano. Para entender essa proposição, basta imaginar três pontos distintos e não colineares em uma mesa de cozinha. Por esses três pontos, podemos desenhar três retas distintas, tomando os pontos dois a dois. Usamos essas retas como direção de deslocamento e, com uma régua, desenhamos inúmeros segmentos de reta por toda a extensão dessas três direções. Quando desenharmos “todas” os segmentos de reta, verificaremos que a mesa ficará toda preenchida e, além disso, não há como desenharmos segmentos de reta fora da mesa. Concluiremos, então, que os três pontos iniciais foram suficientes para “construirmos” a superfície da mesa, o que é a nossa proposição inicial. (ATENÇÃO)! Observe P 5 no esquema abaixo. Se você continuar a preencher a região limitada pelas retas, por segmentos de reta, teremosum plano. UNI FIGURA 7: TRÊS PONTOS FORMAM UM PLANO FONTE: AUTOR UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 8 Def2: Duas ou mais retas são ditas coplanares quando pertencem a um mesmo plano. FIGURA 9: RETAS CONCORRENTES FONTE: AUTOR Esse ponto A não é impróprio. Veremos a definição de elementos impróprios posteriormente. ESTUDOS FU TUROS Def4: Duas retas concorrentes são perpendiculares quando formam entre si ângulos de 90o. FIGURA 10: RETAS PERPENDICULARES FONTE: AUTOR Quando r é perpendicular a s, indicamos por: r ⊥ s. Def5: Duas retas distintas são paralelas quando têm a mesma direção. FIGURA 11: RETAS PARALELAS FONTE: AUTOR TÓPICO 1 | DEFINIÇÕES E PROPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA 9 As retas r e s têm a mesma direção, ou seja, não possuem pontos em comum. Então, dizemos que r e s são retas paralelas e indicamos r // s. Def6: Duas retas são reversas quando não existe um plano que contenha as duas ao mesmo tempo. FIGURA 12: RETAS REVERSAS FONTE: AUTOR Para medir o ângulo formado por duas retas reversas, basta tomar um ponto A qualquer de da reta r e traçar por esse ponto uma nova reta t paralela à reta s. Agora, é só medir o ângulo entre a reta r e t. FIGURA13: ÂNGULOS DE REVERSAS FONTE: AUTOR Se o ângulo formado por duas retas reversas for reto, podemos chamá-las de retas ORTOGONAIS, caso contrário, chamamos de retas OBLÍQUAS. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 10 No próximo tópico, você estudará os principais tipos de ângulos. IMPORTANT E P6: Duas retas concorrentes determinam um plano. P7: Dois planos distintos determinam uma reta a qual pertence aos dois. (Esta reta pode ser imprópria). P8: Três planos distintos, que não contêm uma mesma reta em comum, determinam um ponto em comum. (Este ponto pode ser impróprio) P9: Uma reta e um ponto que não lhe pertence determinam um plano. P10: Uma reta pertence a um plano, quando pelo menos dois de seus pontos pertencem ao plano. P11: Duas retas coplanares determinam um ponto comum. (Esse ponto pode ser impróprio) 4 ELEMENTOS IMPRÓPRIOS É sabido que duas retas paralelas não terão pontos em comum. Porém, ao olharmos os trilhos de uma estrada de ferro, mesmo sabendo que eles nunca se tocarão, temos a nítida impressão que eles se encontram no “horizonte”. Com isso, temos a idéia de um “ponto de encontro”. Esse ponto é chamado de ponto impróprio. Podemos estender a idéia para planos paralelos que, no infinito “se encontrarão”, formando uma reta imprópria. Imagine as paredes laterais de um grande corredor. Temos a impressão que elas se encontrarão no horizonte, formando uma reta imprópria. Um plano impróprio necessita de elementos impróprios, por exemplo, um ponto (é preciso três) impróprio, ou uma reta (é preciso duas) imprópria. 11 Neste Tópico, tratamos de vários assuntos importantes ao estudo da Geometria. A seguir, apresentamos estes assuntos de maneira resumida para que você, caro(a) acadêmico(a), possa fixá-los melhor: Definições fundamentais: Geometria, Forma Geométrica, Proposições Geométricas. Postulados, Teorema, Corolário, Problema, Forma, dimensão, Linha, Reta, Segmento de Reta, Semi- reta, Plano, Retas Paralelas, Retas concorrentes e Retas Perpendiculares, Retas Reversas, Pontos Colineares, Retas Coplanares. Proposições importantes: Há um número infinito de pontos, retas e planos. Um ponto pertence a um número infinito de retas e planos. Uma reta contém infinitos pontos e pertence a infinitos planos. Um plano contém um número infinito de pontos e retas. Duas retas concorrentes determinam um plano. Dois planos distintos determinam uma reta a qual pertence aos dois. (esta reta pode ser imprópria) Três planos distintos, que não contêm uma mesma reta em comum, determinam um ponto em comum. (este ponto pode ser impróprio) Uma reta e um ponto que não lhe pertence determinam um plano. Uma reta pertence a um plano, quando pelo menos dois de seus pontos pertencem ao plano. Duas retas coplanares determinam um ponto comum. (esse ponto pode ser impróprio) Elementos impróprios: “algo que não existe, mas nossos olhos vêem”. RESUMO DO TÓPICO 1 12 AUTOATIVIDADE Para saber se você entendeu os conceitos desse tópico, responda as atividades a seguir. 1 Utilize as palavras ponto, reta ou plano, e escreva a idéia que você tem quando vê: a) um campo de futsal. b) a marca de um lápis numa folha de papel. c) um fio da rede elétrica bem esticado. d) a porta da sua sala de aula. e) as linhas divisórias de uma quadra de basquete. f) uma estrela no céu. 2 Observe o paralelepípedo abaixo, e dê um segmento que seja congruente com: a) o segmento AB b) o segmento BC c) o segmento CG 3 Ainda observando a figura da questão 2, dê um segmento que seja reverso com: a) o segmento AE b) o segmento BC c) o segmento DC 4 O que são retas ortogonais? 5 Quantas retas podemos traçar passando por um ponto de um plano? 6 Quantas retas podemos traçar passando por dois pontos de um plano? 7 Marque, sobre uma reta r, quatro pontos distintos A, B, C, D. Quantos segmentos de reta você obteve? 8 Como podem ser duas retas de um mesmo plano, cuja intersecção não é vazia? 9 Sobre um mesmo plano são dados três pontos não colineares: A, B, C. Quantas semi-retas com origem em cada um desses pontos e passando por um dos outros pontos podem ser traçadas? Sugestão: faça a figura para dar a resposta. 13 TÓPICO 2 CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Neste Tópico, você, caro(a) acadêmico(a) poderá familiarizar-se com o uso do compasso. Construiremos, passo a passo, os ângulos mais simples, veremos como dividi-los ao meio, permitindo, assim, a construção de vários outros. Aproveitaremos também para definirmos o que é ângulo agudo, obtuso, reto e raso, bem como o que são ângulos complementares e suplementares. Esses conceitos são fundamentais para facilitar a compreensão da geometria projetiva que veremos nas unidades posteriores. 2 DEFINIÇÃO ÂNGULO Duas semi-retas, de mesma origem, formam duas regiões a que chamamos de ângulo. FIGURA 14: ÂNGULO FONTE: AUTOR • O ponto O é o vértice do ângulo. • As semi-retas e são os lados do ângulo. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 14 Geralmente, usamos apenas o menor ângulo entre α e β. ATENCAO 2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS ÂNGULOS Podemos classificar os ângulos de acordo com a sua medida, conforme segue: 2.1.1 Ângulo Reto É o ângulo de 90º. É importante para definirmos a idéia de perpendicularismo entre retas. FIGURA 15: ÂNGULO RETO FONTE: AUTOR 2.1.2 Ângulo Agudo Todo ângulo menor que 90º. FIGURA 16: ÂNGULO AGUDO FONTE: AUTOR TÓPICO 2 | CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO 15 Quando as duas semi-retas coincidem, podemos ter, também, um ângulo nulo. IMPORTANT E FIGURA 20: ÂNGULO NULO FONTE: AUTOR 2.2 Ângulo Complementar Dizemos que um ângulo α é complementar de um ângulo β, quando α + β = 90º. Em outras palavras, será complementar de um ângulo à medida que falta para completar 90º. FIGURA 21: ÂNGULO COMPLEMENTAR FONTE: AUTOR Observe os seguintes exemplos: 1 Calcule o valor do ângulo x indicado na figura: Resolução: A figura acima representa um ângulo reto, cuja medida é de 90o. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 16 De acordo com o problema, temos a seguinte equação: x + 2x +15o = 90o 3x = 90o – 15o 3x = 75o x = 75o 3 x = 25o 2 A metade da medida do suplemento de um ângulo é igual a 40o. Qual é a medida desse ângulo? Resolução: Indicando a medida desse ângulo por x, a medida do complemento do ângulo será indicada por 180o – x. De acordo com o problema, temos a seguinte equação: 3 CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS DE 60º E 120º São os ângulos mais simples que temos para construir, com exceção óbvia do 180º (ângulo raso) e do 360º. 3.1 ÂNGULO DE 60º O processo é muito simples: 1º passo: Traçamos um segmento de reta qualquer e marcamos um ponto sobre esse segmento (mais ou menos ao meio). FIGURA23: 1º PASSO PARA 60º FONTE: AUTOR TÓPICO 2 | CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO 17 Repita cada passo numa folha para você internalizar o processo. IMPORTANT E 2º passo: Colocar a ponta seca do compasso no ponto inicial, construir uma meia lua, e marcar o ponto de intersecção entre a meia lua e o segmento de reta. FIGURA 24: 2º PASSO PARA 60º FONTE: AUTOR 3º passo: Mantendo a abertura do compasso que foi usada para construir a meia lua, coloque a ponta seca no ponto de intersecção marcado e trace uma marca sobre a meia lua. FIGURA 25: 3º PASSO PARA 60º FONTE: AUTOR 4º passo: Marque um ponto na intersecção da marca feita com o compasso e a meia lua, depois trace uma semi-reta que inicie no ponto inicial e passe por esse ponto. FIGURA 26: 4º PASSO PARA 60º FONTE: AUTOR UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 18 Pronto! Temos um ângulo de 60º. Se quisermos fazer do outro lado, basta marcar o ponto do 2º passo no lado esquerdo ao invés do direito, como nós fizemos. 3.2 ÂNGULO DE 120º Na verdade, ao construirmos um ângulo de 60º, como visto acima, acabamos construindo um ângulo de 120º também, basta olhar “o outro lado”. Isso acontece porque 120º é suplementar de 60º. Veja o ângulo de 60º que construímos no item 3.1 FIGURA 27: ÂNGULO DE 120 º - ESQUERDA FONTE: AUTOR FIGURA 28: ÂNGULO DE 120 º - DIREITA FONTE : AUTOR Então, sabemos que, o lado esquerdo, é 120º Se quisermos construir 120º no lado direito, basta fazer o 60º no lado esquerdo. 4 BISSETRIZ É denominada bissetriz de um ângulo qualquer a semi-reta que divide esse ângulo em dois ângulos congruentes. TÓPICO 2 | CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO 19 FIGURA 29: BISSETRIZ FONTE: AUTOR A semi-reta divide o ângulo Ô em dois ângulos congruentes, AÔC ≅ CÔB. Dois ângulos são congruentes quando têm a mesma medida. ATENCAO 4.1 COMO CONSTRUIR UMA BISSETRIZ Usaremos apenas uma régua (pode ser o esquadro) e um compasso. Sejam duas semi-retas com ponto inicial O e com um ângulo qualquer entre elas. FIGURA 30: PASSO 0 PARA BISSETRIZ FONTE: AUTOR 1º passo: Colocamos a ponta seca do compasso no ponto inicial e fazemos marcas nas duas semi-retas. A abertura do compasso tem que permanecer a mesma para as duas marcas. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 20 FIGURA 31: 1° PASSO PARA BISSETRIZ FONTE: AUTOR 2º passo: Marcamos pontos de intersecções P1 e P2 entre as marcas feitas com o compasso e as semi-retas. FIGURA 32: 2° PASSO PARA BISSETRIZ FONTE: AUTOR 3º passo: Arrumamos o compasso com uma abertura maior que a metade da distância entre P1 e P2. Colocamos a ponta seca em P1 e fazemos uma marca entre as semi-retas. Repetimos o procedimento com a ponta seca em P2. Essas marcas têm que ser feitas de tal forma que haja ponto em comum entre elas. FIGURA 33: 3° PASSO PARA BISSETRIZ FONTE: AUTOR 4º passo: Marcar um ponto na intersecção P das duas marcas feitas no passo anterior. Traçar uma semi-reta com início em O e que passe por P. Essa semi-reta é a bissetriz do ângulo dado. TÓPICO 2 | CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO 21 FIGURA 34: 4° PASSO PARA BISSETIRZ FONTE: AUTOR Se você repetiu cada passo numa folha, PARABÉNS. Se não, repita todo o processo para um melhor entendimento. ATENCAO 5 ÂNGULOS DE 15º, 30º, 45º, 75º E 90º Esses ângulos são muito usados, e veremos que, a partir da idéia de obtenção destes ângulos, poderemos construir vários outros. 5.1 ÂNGULO DE 30º Passo 1: Construímos um ângulo de 60º como explicado anteriormente. Passo 2: Determinamos a bissetriz deste ângulo Pronto, como a bissetriz divide o ângulo ao meio, temos um ângulo de 30º. 5.2 ÂNGULO DE 90º 1º Passo: Construa no mesmo desenho um ângulo de 60º e outro de 120º. FIGURA 35: 1° PASSO PARA 90° FONTE: AUTOR UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 22 2º Passo: Faça a bissetriz dos ângulos 60º e 120º. FIGURA 36: 2° PASSO PARA 90° FONTE: AUTOR Pronto, a bissetriz marca um ângulo de 90º. 5.3 ÂNGULOS DE 15º, 45º E 75º São bissetrizes de outras construções já vistas. O ângulo de 15º é a bissetriz entre os ângulos 0º e o 30º. O ângulo de 45º, por sua vez, é a bissetriz entre o 30º e o 60º. E, como você já deve ter percebido, o 75º é a bissetriz entre 60º e 90º. Vários outros ângulos podem ser construídos a partir da idéia de divisão de ângulos. Construa, numa folha, os ângulos de 15o, 45o e 75o e mostre o que você aprendeu. IMPORTANT E 6 TRANSPOSIÇÃO DE ÂNGULO Muitas vezes não sabemos a medida de um ângulo e precisamos transpô- lo sobre uma reta qualquer. Veremos, agora, como isso é feito. Não esqueça de repetir cada passo do processo numa folha para facilitar o entendimento. IMPORTANT E TÓPICO 2 | CONSTRUÇÕES DE ÂNGULOS COM COMPASSO 23 Considere o ângulo BÔA, que iremos transpor para sobre uma reta. FIGURA 37: ÂNGULO PARA TRANSPOR FONTE: AUTOR 1º passo: Desenhe uma reta qualquer e marque um ponto O’ sobre a mesma. FIGURA 38: 1° PASSO PARA TRANSPOR FONTE: AUTOR 2º passo: Abra o compasso na medida OA, e trace um arco com essa medida, colocando a ponta seca sobre O’. Na intersecção desse arco com a reta, marque o ponto A’. FIGURA 39: 2° PASSO PARA TRANSPOR FONTE: AUTOR 3º passo: Abra o compasso na medida AB, e trace um arco com essa medida, colocando a ponta seca sobre A’, cortando o arco anterior. Na intersecção dos arcos, marque o ponto B’. UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 24 FIGURA 40: 3° PASSO PARA TRANSPOR FONTE: AUTOR 4º passo: Trace uma semi-reta com origem O’ e que passe por B’. FIGURA 41: 4° PASSO PARA TRANSPOR FONTE: AUTOR Pronto, o ângulo B’Ô’A’ é a transposição do ângulo BÔA 25 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste Tópico, tratamos de vários assuntos importantes ao estudo da Geometria. A seguir, apresentamos estes assuntos de maneira resumida para que você, caro(a) acadêmico(a), possa fixá-los melhor: A região formada por duas semi-retas, de mesma origem, é chamada de ângulo. Classificação dos ângulos: ângulo agudo: menor que 90o ângulo reto: igual a 90o ângulo obtuso: maior que 90o e menor que 180o ângulo raso: igual a 180o ângulo de uma volta: igual a 360o Dois ângulos são complementares quando a soma de suas medidas for igual a 90o. Dois ângulos são suplementares quando a soma de suas medidas for igual a 180o. Como construir os principais ângulos: 15o, 30o, 45o, 60o, 75o, 90o, 120o. Bissetriz de um ângulo qualquer é a semi-reta que divide esse ângulo em dois ângulos congruentes. Como construir a bissetriz de um ângulo utilizando apenas régua e compasso. Transposição de ângulos usando apenas régua e compasso. 26 AUTOATIVIDADE Para que você, caro acadêmico, possa melhor fixar o conteúdo, procure responder as seguintes auto-atividades. 1 A medida de um ângulo é igual a medida do seu complemento aumentada de 60o. Qual é a medida desse ângulo? 2 Sabendo que o dobro da medida de um ângulo é igual ao suplemento desse ângulo, podemos dizer que este ângulo é: a) raso b) agudo c) reto d) obtuso 3 Se a soma de um ângulo com a quarta parte de seu complemento é igual a um ângulo raso, qual é a medida desse ângulo e como podemos classificá- los? 4 Determine o valor de x em cada uma das figuras: 27 5 Utilizando somente régua e compasso, desenhe os seguintes ângulos: a) 15o b) 30o c) 45º d) 75o e) 105o f) 135o 6 Usando compasso e régua transponha o ângulo TÂG para a reta r. 28 29 TÓPICO 3 CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Reservamos este espaço para que o aluno aprenda a construir retas paralelas e perpendiculares, bem como consiga definir e construir a mediatriz de um segmento. Para um bom desempenho, aconselhamos o uso de dois esquadros (30º e 45º) e um compasso, embora todos as construções possam ser feitas com a substituição de um dos esquadros por uma régua. Exemplificaremos, levando em conta a disposição de dois esquadros. 2 RETAS PARALELASJá vimos, no Tópico 1, a definição de retas paralelas. Vimos também que duas retas paralelas “geram” um ponto impróprio (que é “o ponto de encontro” das retas no infinito). Agora, vamos aprender como construir retas paralelas a uma reta r qualquer. Não esqueça de repetir cada passo do processo numa folha para facilitar o entendimento. IMPORTANT E Veja: Seja uma reta r qualquer: ______________________________________ r FIGURA 42: RETA QUALQUER FONTE: AUTOR 30 UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 1º passo: Apóie um dos esquadros sob a reta r. Esse esquadro será o 1. FIGURA 43: 1° PASSO PARA PARALELISMO FONTE:AUTOR 2º passo: Coloque o segundo esquadro abaixo do primeiro. Esse será o esquadro 2. FIGURA 44: 2° PASSO PARA O PARALELISMO FONTE: AUTOR 3º passo: Segure o esquadro 2 firmemente, e faça o esquadro 1 “deslizar” pelo 2. FIGURA 45: 3° PASSO PARA O PARALELISMO FONTE: AUTOR TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 31 FIGURA 45: 3° PASSO PARA O PARALELISMO FONTE: AUTOR 4º passo: Sem mexer no esquadro 1, tire o esquadro 2 e trace uma reta s paralela a r. Notação de paralelismo: r // s. FIGURA 46: 4° PASSO PARA PARALELISMO FONTE: AUTOR Pronto! Temos duas retas paralelas entre si. Podemos colocar essa reta s em qualquer lugar. Basta “levá-la” com os esquadros apoiando o que irá se deslocar no outro fixo repetidas vezes. Se você quiser fazer a reta s acima da reta r, basta deslocar o esquadro 1 para cima, no passo 3. ATENCAO UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 32 3 RETAS PERPENDICULARES No tópico passado, aprendemos a construir um ângulo reto e podemos usar aquele conhecimento para construir duas retas perpendiculares. Contudo, nesse espaço, faremos isso usando os esquadros, apenas por ser uma forma mais rápida. 1º passo: Desenhe uma reta r, apóie um dos esquadros nessa reta. FIGURA 47: 1° PASSO PARA PERPENDICULARISMO FONTE: AUTOR 2º passo: Afaste este esquadro da reta r usando os mesmos procedimentos vistos na construção de retas paralelas (2º e 3º passos) FIGURA 48: 2° PASSO PARA O PERPENDICULARISMO FONTE: AUTOR 3º passo: Deixe o esquadro 1 bem firme e apóie um dos catetos do esquadro 2 em cima dele. TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 33 FIGURA 49: 3° PASSO PARA PERPENDICULARISMO FONTE: AUTOR 4º passo: Trace a reta s, perpendicular à r. Notação de perpendicularismo: r ⊥ s FIGURA 50: 4° PASSO PARA PERPENDICULARISMO FONTE: AUTOR Se você repetiu cada passo numa folha, PARABÉNS. Se não, repita todo o processo para um melhor entendimento. ATENCAO UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 34 4 MEDIATRIZ Dado um segmento de reta AB, mediatriz será a reta que divide o segmento de reta AB em duas partes congruentes. Em outras palavras, é a reta que passa no meio de AB. Ou ainda, “a mediatriz de um segmento AB é a reta m perpendicular à AB, passando pelo ponto médio M desse segmento”. (RUBIÓ, 2005, p.200) Veremos como construir a mediatriz de um dado segmento AB: 1º passo: Faça um segmento AB FIGURA 51: 1° PASSO PARA MEDIATRIZ FONTE: AUTOR 2º passo: Abrir o compasso com uma medida maior que a metade do segmento AB. Colocar a ponta seca em A e construir um arco (marcação longa) que intercepte o segmento AB, como abaixo: FIGURA 52: 2° PASSO PARA MEDIATRIZ FONTE: AUTOR 3º passo: Repetir o 2º passo com a ponta seca do compasso em B, na intersecção dos arcos marcar os pontos P1 e P2. TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 35 FIGURA 53: 3° PASSO PARA MEDIATRIZ FONTE: AUTOR 4º passo: Passar uma reta sobre os dois pontos de intersecções P1 e P2, obtidos através das marcações feitas nos dois passos anteriores. FIGURA 54: 4° PASSO DA MEDIATRIZ FONTE: AUTOR A reta que passa pelos pontos P1 e P2 é a mediatriz do segmento AB. 36 UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 5 TRANSPOSIÇÃO DE IMAGEM Através de um exemplo, mostraremos como reproduzir uma imagem utilizando apenas régua, esquadro, compasso e os conhecimentos adquiridos nos itens anteriores. Observe o seguinte exemplo: A figura a seguir representa a vista de cima do telhado de uma empresa. Utilizando compasso e esquadros, reproduza essa figura, na mesma escala. FIGURA 55: TRANPOSIÇÃO DE IMAGEM FONTE: AUTOR Para reproduzir essa figura, precisamos usar todos os conteúdos vistos até aqui, além, é claro, de uma boa criatividade. Não esqueça de repetir cada passo do processo numa folha para facilitar o entendimento. IMPORTANT E 1º passo: Representar os vértices da figura por letras maiúsculas. FIGURA 56: 1° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 37 2º passo: Traçar um segmento de medida O’E’. Para isso, basta abrir o compasso na medida OE e marcar esse comprimento sobre uma reta suporte. FIGURA 57: 2° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 3º passo: Faça uma reta perpendicular a O’E’ que passe pelo ponto O’. Veja no item 3 (retas perpendiculares) como se faz. FIGURA 58: 3° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 4º passo: Abra o compasso na medida OA e com a ponta seca em O’ marque na reta perpendicular o ponto A’. FIGURA 59: 4° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 38 UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA 5º passo: Trace uma reta paralela a O’E’ passando por A’. Veja no item 2 (retas paralelas) como se faz. FIGURA 60: 5° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 6º passo: Trace uma reta paralela a O’A’ passando por E’. Veja no item 2 (retas paralelas) como se faz. Marque o ponto U’ na intersecção das duas últimas retas traçadas. FIGURA 61: 6° PASSO A – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR Já temos o contorno do telhado, falta transpor os ângulos Â, Ô, Ê, Û. Faremos isso de maneira bem simples, é só observar os próximos passos. FIGURA 62: 6° PASSO B – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 39 7º passo: Abra o compasso na medida AB e, com a ponta seca em A’, trace um arco. FIGURA 63: 7° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 8º passo: Abra o compasso na medida OB e, com a ponta seca em O’, trace um arco. Na intersecção desses arcos, marque o ponto B’. FIGURA 64: 8° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 9º passo: Repita o 7º e 8º passo, mas, abrindo o compasso em EC e UC, temos o ponto C’. 40 UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA FIGURA 65: 9° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR 10º passo: Traçar um segmento de reta entre: O’ e B’, A’ e B’, B’ e C’, E’ e C’, U’ e C’. FIGURA 66: 10° PASSO – TRANSPOR IMAGEM FONTE: AUTOR O compasso e a régua (sem escala) são conhecidos como instrumentos euclidianos, pois os postulados dos Elementos de Euclides restringem o uso da régua e do compasso de acordo com as regras: - com a régua permite-se traçar uma reta de comprimento indefinido, passando por dois pontos distintos dados. - com o compasso, permite-se traçar uma circunferência com centro num ponto dado, passando por um segundo ponto qualquer dado. O traçado de construções geométricas com régua e compasso mostrou-se ser um dos jogos mais fascinantes e absorventes jamais inventados. (EVES, 2004, p. 134) NOTA TÓPICO 3 | CONSTRUÇÃO DE MEDIATRIZ, RETAS PARALELAS E RETAS PERPENDICULARES. 41 LEITURA COMPLEMENTAR Compasso ou Régua Apenas? Howard Eves O geômetra e poeta italiano do século XVIII, Lorenzo Mascheroni (1750- 1800), fez a surpreendente descoberta de que todas as construções euclidianas, na medida em que os elementos dados e procurados são pontos, podem ser feitas apenas com o compasso, sendo a régua, portanto um instrumento supérfluo. Obviamente, não se pode traçar uma reta com o compasso, mas qualquer reta a que se chegue numa construção euclidiana pode ser determinada com o compasso apenas encontrando-se dois de seus pontos. Essa descoberta foi revelada em 1797na Geometria Del Compaso, de Mascheroni. Como numa construção euclidiana encontram-se novos pontos, a partir de pontos antigos, (1) pela intersecção de duas circunferências, (2) pela intersecção de uma reta e uma circunferência ou (3) pela intersecção de duas retas, tudo que Mascheroni tinha de fazer era mostrar como, apenas com o compasso, se podiam resolver os problemas (2) e (3), entendendo-se por reta dois de seus pontos dados. Pouco antes de 1928, um aluno do matemático dinamarquês J. Hjelmslev (1873-1950), ao perlustrar as prateleiras de uma livraria em Copenhague, deparou com um velho livro, Euclides danicus, publicado em 1672 por um escritor obscuro chamado Georg Mohr (1640-1679). Depois de examinar o livro, Hjelmslev se surpreendeu ao verificar que ele continha a descoberta de Mascheroni, com uma publicação que antecedia a publicação de Mascheroni em 125 anos. Em 1890, o geômetra vienense August Adler (1863-1923) publicou uma nova demonstração dos resultados de Mascheroni fazendo uso da transformação de inversão. Inspirando-se na descoberta de Mascheroni, o matemático francês Jean Victor Poncelet (1788-1867) considerou as construções com régua apenas. Nesse caso, nem todas as construções podem ser levadas a efeito mas, curiosamente, contando-se com uma circunferência e seu centro traçados no plano de construção, a régua se torna suficiente para essas construções. Esse teorema foi concebido por Poncelet em 1822 e, mais tarde, em 1833, desenvolvido plenamente pelo gênio do geômetra suíço-alemão Jacob Steiner (1796-1863). O que se precisa mostrar agora é que, contando-se com a circunferência e seu centro, as construções (1) e (2) podem ser efetuadas com a régua apenas, entendendo-se que uma circunferência fica dada pelo seu centro e um de seus pontos. Por volta do ano 980, o matemático árabe Abûl-Wefã (940-998) propusera o uso da régua junto com um compasso enferrujado,i sto é, um compasso de abertura fixa. Em vista do teorema de Poncelet-Steiner precisamos, na verdade, usar o compasso apenas uma vez, depois do que podemos abandoná-lo. Em 1904, o italiano Francesco Severi foi ainda além e mostrou que tudo de que se 42 UNIDADE 1 | INTRODUÇÃO E FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA precisa é um arco, por menor que seja, de uma circunferência e seu centro, a fim de levar a termo todas as construções euclidianas com régua apenas. Também foi demonstrado, por Adler e outros, que se pode realizar qualquer construção euclidiana com uma régua de duas bordas, não importa se estas sejam ou não paralelas. Há muitos teoremas de construção intrigantes como estes, cujas demonstrações requerem engenhosidade considerável. Recentemente, mostrou-se que o supramencionado Georg Mohr era o autor de um opúsculo publicado anonimamente em 1673, com o título de Compendium Euclidis curiosi, no qual se prova efetivamente que todas as construções de Elementos de Euclides são possíveis com régua e compasso enferrujado. FONTE: EVES, Howard. Introdução à história da matemática. Tradução de Hygino H. Domingues. Campinas: Editora da UNICAMP, 2004. p.587 – 588. 43 RESUMO DO TÓPICO 3 Neste Tópico, tratamos de vários assuntos importantes ao estudo da Geometria. A seguir, apresentamos estes assuntos de maneira resumida para que você, caro acadêmico, possa fixá-los melhor: Como construir retas paralelas utilizando apenas dois esquadros. Como construir retas perpendiculares usando apenas dois esquadros. Mediatriz será a reta que divide o segmento de reta AB em duas partes congruentes. Como construir a reta mediatriz usando régua e compasso. Como transpor figuras. 44 AUTOATIVIDADE Com vistas a que você, caro(a) acadêmico(a), possa melhor fixar os conteúdos, apresentamos, em seguida, alguns exercícios referentes ao conteúdo estudado: 1 Utilize dois compassos e trace uma reta paralela a cada reta dada. a) b) 2 Trace uma reta perpendicular a cada reta dada. a) 45 b) 3 Trace a mediatriz do segmento AB. 4 Utilizando compasso e esquadro, reproduza figura a seguir, na mesma escala. 46 47 UNIDADE 2 SISTEMAS DE PROJEÇÕES OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS Esta unidade tem por objetivos: • Conhecer e identificar os tipos de projeções. • Familiarizar-se com as nomenclaturas usadas na projeção. • Verificar a diferença entre sistema cônico e sistema cilíndrico. • Entender e construir o sistema mongeano e a épura. • Definir afastamento, cota e abscissa. • Projetar um ponto na épura e dar sua localização. Esta unidade está dividida em quatro tópicos. Ao final de cada tópico, vocês encontrarão atividades que lhe ajudarão na fixação da aprendizagem. TÓPICO 1 – PROJEÇÕES TÓPICO 2 – SISTEMA CÔNICO E SISTEMA CILÍNDRICO TÓPICO 3 – SISTEMA MONGEANO TÓPICO 4 – PROJEÇÃO DE UM PONTO 48 49 TÓPICO 1 PROJEÇÕES UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Podemos afirmar que o pai da Geometria Descritiva foi Gaspar Monge, um sábio desenhista francês e excepcional geômetra, que a definiu como sendo a “arte” de representar figuras espaciais num plano. Essa forma de representação permite trabalhar todos os problemas tridimensionais com desenhos feitos num plano. Para conseguirmos representar um objeto tridimensional num plano, usamos projeções. A seguir, estudaremos as principais formas que existem para projetarmos uma figura espacial. O cuidado que temos que tomar é que, ao projetarmos uma figura espacial num plano, acabamos perdendo detalhes deste objeto. Essa perda pode ser insignificante, mas também pode ser importantíssima para a compreensão total do objeto original. Imaginem se, ao ler uma planta de alguma construção, o engenheiro não fosse capaz de obter com exatidão o seu tamanho, a distância entre os pilares, etc. Por isso, Monge fez algumas adaptações nos sistemas de projeção existentes, conseguindo extrair todos os detalhes necessários para solucionar os problemas de um objeto tridimensional. Nessa Unidade, estudaremos os sistemas que serviram de base para Monge e evoluiremos até chegarmos ao Sistema Mongeano. 2 O QUE É PROJEÇÃO Projeção é o processo pelo qual incidem raios sobre um objeto em um plano chamado plano de projeção. A projeção do objeto é sua representação gráfica no plano de projeção. UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES 50 Como os objetos têm três dimensões, sua representação num plano bidimensional se dá através de alguns artifícios de desenho. Para tanto, são considerados os elementos básicos da projeção: Plano de projeção Objeto Raio projetante Centro de projeção Não há motivo para complicarmos o que é projeção porque a idéia de projeção é quase que intuitiva, uma vez que sua ocorrência se dá em diversos segmentos do nosso cotidiano. Trata-se de um fenômeno físico que acontece normalmente na natureza ou que pode ser produzido artificialmente pelo homem. Vejam os seguintes exemplos dados por Rabello (2005, p.11): 1º) “Ao incidirem sobre uma placa opaca, os raios solares produzem sobre a superfície de um piso claro, uma figura escura a que chamamos comumente de sombra. O contorno da sombra nada mais é que a projeção do contorno da placa na superfície do piso”. Plano de projeção: superfície do piso Objeto: Placa Raio projetante: raios solares Centro de projeção: sol FIGURA 67: PROJEÇÃO DE FIGURA FONTE: AUTOR 2º) “As imagens que vemos numa tela de cinema são as projeções dos fotogramas contidos na fita de celulóide quando sobre eles incidem os raios luminosos emitidos pela lâmpada do projetor”. TÓPICO 1 | PROJEÇÕES 51 Plano de projeção: tela do cinema Objeto: os fotogramas da fita Raio projetante: raios luminosos da lâmpada Centro de projeção: a lâmpada do projetor O contorno da sombra, assim como as imagens produzidas na tela de cinema são figuras projetadas em superfícies de projeção identificadas nos exemplos, respectivamente, na superfície do piso e na tela de cinema (Planos de projeção). Em linguagem matemática, podemos formalizar a seguinte definição: Projeção é o conjunto de operaçõesgeométricas que permitem obter a figura formada pelos pontos de interseção dos raios projetantes que partem de um centro projetivo e incidem sobre uma figura do espaço, com uma superfície. 52 RESUMO DO TÓPICO 1 Neste Tópico, você, caro(a) acadêmico(a) teve oportunidade de estudar os seguintes conteúdos: Gaspar Monge é considerado por muitos o “pai” da projeção espacial num plano; Projeção é a “sombra” obtida de um objeto num plano Obtivemos a noção de: Plano de Projeção Objeto Raio Projetante Centro de Projeção 53 AUTOATIVIDADE Caro acadêmico, para que você possa melhor fixar os conteúdos estudados neste Tópico, procure resolver estas atividades: 1 Um carro estacionado sob um poste com luz ligada, à noite, em uma rua, tem sua sombra projetada sobre a rua. Identifique, no problema, o plano de projeção, o centro de projeção, o raio projetante e o objeto. 2 Dê um exemplo observado no cotidiano de alguma projeção. 3 Em qual(is) ramo(s) da(s) atividade(s) humana(s) você acha que a projeção ajudará para o estudo de objetos? 4 Na sua opinião, qual a vantagem de se estudar apenas a projeção de um objeto ao invés de estudar o próprio objeto? 54 55 TÓPICO 2 SISTEMA CÔNICO E SISTEMA CILÍNDRICO UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO A forma de representar desenhos evoluiu ao longo dos anos. É sempre benéfico estudarmos, mesmo que de forma superficial, os sistemas que foram usados e que em alguns casos ainda o são. Neste Tópico, apresentaremos dois sistemas muito importantes, para que o aluno tenha conhecimento de sua existência. 2 SISTEMA CÔNICO É o sistema de projeção em que os raios projetantes partem de um ponto “visível”. Esse ponto será o vértice do cone, que se formará entre esse ponto, o objeto e a sua projeção no plano de projeção. Esse tipo de projeção acontece quando o centro de projeção (fonte de luz) está a uma distância finita do objeto. Nesse caso, o ponto de vértice recebe o nome de ponto próprio. Veja no desenho: FIGURA 68: SISTEMA CÔNICO FONTE: AUTOR UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES 56 Esse sistema faz com que a projeção não represente o tamanho verdadeiro do objeto. Não é difícil notar que quanto mais próximo do objeto o centro de projeção estiver, maior será a distorção entre o tamanho original e a projeção. Para que isso não ocorra, o método mais utilizado é o cilíndrico. 3 SISTEMA CILÍNDRICO No sistema anterior (cônico) foi visto que, quanto mais próximo o centro de projeção estiver do objeto, pior será a comparação entre tamanho do objeto e tamanho da projeção. Lembre-se que nosso objetivo é projetar o objeto de tal forma que a projeção nos indique tudo sobre o mesmo, e quanto mais rápido e fácil for a leitura, melhor. Para tanto, basta afastar o centro de projeção o máximo que pudermos. Esse máximo será o infinito. Portanto, sistema cilíndrico é quando o centro de projeção se encontra no infinito, nesse caso esse ponto é chamado de impróprio. Como o centro de projeção está no infinito, os raios de projeção são paralelos entre si, tornando a projeção do mesmo tamanho que o objeto original. Observe no desenho: FIGURA 69: SISTEMA CILÍNDRICO FONTE: AUTOR Lembrem que esse ponto no infinito é um ponto impróprio. UNI TÓPICO 2 | SISTEMA CÔNICO E SISTEMA CILÍNDRICO 57 Esse tipo de projeção é excelente, pois dá uma indicação precisa do tamanho do objeto, sem precisarmos de cálculos auxiliares de proporção e trigonometria. Uma escala direta será o bastante. A projeção cilíndrica é dividida em ortogonal e oblíqua. Uma idéia simples para entender é pensar que a ortogonal é quando o centro de projeção é o “sol do meio dia”, e a oblíqua seria quando o centro de projeção é o “sol das outras horas”. Veja: FIGURA 70: SISTEMA CILÍNDRICO – OBLÍQUO E ORTOGONAL FONTE: AUTOR O que utilizaremos é a projeção cilíndrica ortogonal, por motivos de facilidade e transparência na relação entre objeto e projeção no plano, que é o maior objetivo da geometria descritiva. Contudo é notório que, mesmo com a projeção cilíndrica, muitas características do objeto se perdem principalmente se for complexo como uma casa, um prédio, uma ponte, um viaduto, etc. Pensando nisso é que Monge criou seu sistema de projeção, que consiste em projetar o objeto em dois planos ortogonais, um plano horizontal (PH) e um Plano Vertical (PV) que será estudado no próximo tópico. UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES 58 4 PROJEÇÕES CILÍNDRICAS X PROJEÇÕES CÔNICAS Apesar do sistema de projeção cônica não representar o tamanho real do objeto como o sistema de projeção cilíndrico, ele aparece com freqüência nas revistas em quadrinhos e até mesmo nosso dia a dia. O texto a seguir (HARRIS; SCALO, 2008), analisa perfeitamente essa situação. Observe por 1 minuto a figura a seguir e tente compreendê-la tridimensionalmente. FIGURA 71 - QUADRINHO USANDO PROJEÇÃO CILÍNDRICA FONTE: http://www.rau-tu.unicamp.br/~luharris/DTarq/DTarq_M2.htm Acesso em: 29 de Mai. 2008 Observe agora a seguinte figura. FIGURA 72 - QUADRINHO USANDO PROJEÇÃO CÔNICA FONTE: http://www.rau-tu.unicamp.br/~luharris/DTarq/DTarq_M2.htm Acesso em: 29 de Mai. 2008 TÓPICO 2 | SISTEMA CÔNICO E SISTEMA CILÍNDRICO 59 Qual das duas você compreende melhor? Na primeira figura, foi usada uma técnica de projeção cilíndrica e na segunda uma técnica de projeção cônica. Embora as duas figuras sejam projeções bidimensionais de uma situação tridimensional, a segunda figura parece-nos mais familiar. Isto se dá devido ao fato deste tipo de projeção estar mais próximo a como nossos olhos vêem. Quando observamos o desenho a seguir, FIGURA 73: - UMA VISÃO CÔNICA FONTE: http://www.rau-tu.unicamp.br/~luharris/DTarq/DTarq_M2.htm Acesso em: 29 Mai. 2008 Embora saibamos que trilhos da linha de trem são paralelos e, portanto, “nunca deveriam se encontrar”, podemos ver seu encontro: “eles se encontram num ponto de fuga (PF)”. Como este ponto é real apenas para nossos olhos, dizemos que duas paralelas se encontram sim, mas no infinito, onde está seu centro de projeções impróprio. (0∞). 60 RESUMO DO TÓPICO 2 Amigo acadêmico, apresentamos, a seguir, de maneira resumida, os conteúdos apresentados neste Tópico, a fim de que você possa revê-los e fixá-los melhor: Sistema cônico é quando o ponto de projeção está a uma distância finita do objeto. No sistema cônico o real tamanho da figura não é mantida, dificultando o estudo do objeto apenas pela projeção. O sistema cilíndrico tem como ponto de projeção um ponto impróprio, ou seja, o seu ponto de projeção está no infinito. Dentro do sistema cilíndrico podemos ter o caso oblíquo e o ortogonal. Este último é mais usado por manter as proporções do objeto mais fidedignas. A base do sistema mongeano é o sistema de projeção cilíndrico ortogonal. 61 AUTOATIVIDADE Caro acadêmico, com vistas a uma melhor fixação dos conteúdos estudados neste tópico, procure resolver os exercícios que seguem: 1 Comente os tipos de sistemas de projeção estudamos neste tópico. 2 Por que o sistema cilíndrico é considerado melhor que o sistema cônico? 3 Apresente os problemas podem ocorrer ao estudarmos uma projeção obtida por um sistema de projeção oblíqua. 4 Você consegue imaginar no cotidiano uma situação perfeita de uma projeção cilíndrica? Justifique. 62 63 TÓPICO 3 SISTEMA MONGEANO UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Poderíamos ter juntado este tópico com o anterior, mas o sistema Mongeano é tão usado atualmente que preferimos dar uma ênfase especial ao falarmos dele. Como esse sistema é o adotado no mundo das projeções, o assunto é tratado de forma bem completa, para que o aluno consiga entender e visualizar seu formato e suas nomenclaturas. 2 SISTEMA MONGEANO Para suprir os problemas da projeção de um objeto em um único plano, Monge bolou um sistema de dupla projeção simultânea. O objeto é projetado, ao mesmo tempo, num plano horizontal (PH) e num plano vertical (PV). Verifique: FIGURA 74: SISTEMA MONGEANO FONTE:AUTOR 64 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES Notem que, na figura, estamos projetando um círculo que estava situado no espaço, em dois planos. No plano horizontal (PH), vimos a circunferência exatamente como ela é. No plano vertical (PV) vimos apenas um segmento de reta. Embora pareça que o PH já seria suficiente, é o PV que nos dá a certeza que o objeto é apenas um círculo. Além do mais, sem o PV não saberíamos a localização do objeto. Observem também que os planos horizontais e verticais repartem o espaço em quatro subespaços a que chamamos de diedros. A intersecção entre os dois espaços é chamada de Linha de Terra. Embora, a figura acima seja muito bonita, ela não é fácil de desenhar, pois estes planos ortogonais complicam bastante. Contudo, não precisamos desenhá- los, basta lembrarmos que eles existem, e isso é fundamental. Nós usaremos a épura para representar os desenhos projetados no sistema mongeano. Com a épura, o desenho fica facílimo, mas sua leitura só fica clara quando lembrarmos onde e de como ela fora obtida. 3 ÉPURA Nada mais é que o modo de apresentação e como desenhamos uma projeção no sistema mongeano. Com este modo, o desenho de qualquer objeto se resume a alguns segmentos de reta. Cabe salientar aos alunos, novamente, que é importantíssimo entender bem como é conseguida a épura, pois a sua leitura fica óbvia quando os conceitos básicos estão entendidos. A épura vem da rotação do plano horizontal (PH) até se encontrar ao plano vertical (PV). Ao ser feito isso, parecerá que temos um único plano, o que facilita muito na hora de desenhar, mas que exige cautela na hora de fazer sua leitura. Obtendo a épura: Para facilitar a visualização, imaginaremos um ponto P no 1º diedro, com projeção P’ no PVS e projeção P’’ no PHA. TÓPICO 3 | SISTEMA MONGEANO 65 FIGURA 75: DUPLA PROJEÇÃO ORTOGONAL FONTE: AUTOR Agora faremos a rotação, no sentido horário, do plano horizontal até que ele coincida com o plano vertical. FIGURA 76: REBATIMENTO DO PH FONTE: AUTOR A rotação do plano horizontal de 90o feita acima é conhecida como rebatimento. UNI 66 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES Temos, então, a sobreposição de dois planos. Visualizando esta sobreposição de frente, fica bem evidente a facilidade de desenhar. FIGURA 77: OBTENÇÃO DA ÉPURA FONTE: AUTOR Onde: PH – Plano Horizontal PV – Plano Vertical PVS – Semi-plano Vertical Superior PVI – Semi-plano Vertical Inferior PHA– Semi-plano Horizontal Anterior PHP – Semi-plano Horizontal Posterior LT – Linha de Terra Todos os desenhos das projeções no sistema mongeano serão feitos na épura, que é esta última etapa desenhada acima. Na épura são representadas exclusivamente as projeções de uma determinada figura. UNI O segmento de reta que liga as projeções P’ e P’’ é chamado de linha de chamada e é perpendicular à Linha de terra. A Linha de Terra em épura pode ser representada por LT ou pelas letras x e y nas suas extremidades, mas o usual é colocarmos dois pequenos traços nas extremidades como mostra a figura acima. TÓPICO 3 | SISTEMA MONGEANO 67 4 COTA E AFASTAMENTO Trabalhar com a projeção na épura é muito vantajoso devido à facilidade de desenhar, embora a leitura requeira certo conhecimento e cuidado. Para dar a localização de um ponto no espaço necessitamos de duas medidas: a cota e o afastamento. Vamos visualizar novamente uma épura com a projeção obtida de um ponto P: FIGURA 78: ÉPURA FONTE: AUTOR A cota do ponto P será a exata distância entre P’’ e a Linha de Terra (LT). Podemos pensar como sendo a “altura” do ponto P, ou a distância entre o ponto e o plano horizontal (PH). O afastamento do ponto P será a exata distância entre P’ e a Linha de terra (LT). Podemos pensar como sendo o deslocamento lateral do ponto P, ou a distância entre P e o plano vertical (PV). Para reforçar, Pinheiro (1990, p. 12) explica da seguinte maneira: “a distância de um ponto ao plano horizontal (π) de projeção denomina-se cota; a distância de um ponto ao plano vertical (π’) de projeção denomina-se afastamento”. A cota e o afastamento constituem as coordenadas de um ponto, mas não são suficientes para a exata localização desse ponto no espaço, pois temos uma infinidade de pontos com a mesma cota e afastamento. Precisamos então de mais uma coordenada, a abscissa, que tomamos a partir de um ponto marcado arbitrariamente sobre a linha da terra, denotado por 0 (zero), que chamaremos de origem do sistema. Quando a abscissa estiver situada à direita da origem ela é positiva, e se estiver à esquerda ela é negativa. 68 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES Observe na figura abaixo a representação da abscissa, da cota e do afastamento no sistema mongeano e na épura. FIGURA 79: COMPARAÇÃO – SISTEMA MONGEANO X ÉPURA FONTE: AUTOR Podemos dizer que, no sistema mongeano, a abscissa é a menor distância entre a origem (0) é o ponto de intersecção das projeções(I). Na épura é a menor distância entre a origem e a linha de chamada. Assim, um ponto fica definido por três coordenadas: abscissa (a), afastamento (b) e cota (c), nessa ordem, P[a, b, c]. 69 RESUMO DO TÓPICO 3 Para que você, caro acadêmico, possa melhor relembrar os conteúdos estudados neste Tópico, apresentamos, a seguir, um breve resumo dos mesmos: Sistema mongeano: dupla projeção ortogonal, uma projeção com ponto de projeção acima do objeto (dando a projeção no plano horizontal PH) e outra com ponto de projeção ao lado do objeto (gerando a projeção no plano vertical PV) Épura: é obtida através da rotação do Plano Horizontal. É o método mais utilizado por preservar todas as informações importantes e por ser muito fácil de desenhar e manipular. Linha de terra: é a reta de intersecção entre o PV (plano vertical) e o PH (plano horizontal). Também podemos notar sua presença na épura, dividindo esta ao meio. Linha de chamada: é o segmento de reta que une as projeções P’ e P’’ de um ponto. Cota: é a “altura” de um ponto no espaço. Na épura é a exata distância entre a LT e P’’. Afastamento: é a “distância lateral” de um ponto no espaço. Na épura é a distância entre a LT e P’. Abscissa: é a distância da origem do sistema a intersecção das projeções. Na épura é a distância entre a origem e a linha de chamada. 70 AUTOATIVIDADE É importante que você responda as questões abaixo, COM SUAS PRÓPRIAS PALAVRAS, para que você se aproprie das definições que serão usadas nos próximos tópicos. 1 Escreva o que você entende por rebatimento. 2 Como você explicaria a alguém o que significa: a) cota: b) afastamento: c) abscissa: 3 Faça as projeções do ponto P no PH e PV, e destaque a cota, o afastamento e a abscissa na figura abaixo. (você pode usar a técnica de retas paralelas, vista no tópico1, para desenhar as projeções): 4 Faça o rebatimento dos planos da figura da questão 4 para obter a épura, e destaque a cota o afastamento e a abscissa. 71 TÓPICO 4 PROJEÇÃO DE UM PONTO UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO A projeção de um ponto é bem fácil de aprender e muito importante, porque, se imaginarmos toda e qualquer forma geométrica como um conjunto de pontos, bastará generalizar a idéia aprendida sobre os pontos e expandir para as outras formas. É exatamente nisso que nos baseamos ao organizarmos esse material, reforçar bastante a projeção de ponto e de reta para que depois o aluno possa “caminhar” sozinho na planificação de figuras mais complexas. Neste tópico daremos a noção exata de como projetar um ponto na épura, mostraremos o que acontece com a cota e com o afastamento quando o ponto se encontra nos quatro diedros e, por fim, conseguiremos saber o diedro de origem do ponto no espaço apenas observando o sinal da cota e do afastamento. Não levaremos em conta a abscissa do ponto, pois ela não interfere no sinal da cota e do afastamento. 2 PROJEÇÃO DE UM PONTO NA ÉPURA Quando olhamos a épura, temos que lembrar que o que vimos é a projeção do ponto P inicial e não o próprio pontoP. Esta noção, apesar de óbvia, causa muita confusão nos alunos mais distraídos. 72 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES FIGURA 80: PONTO DO 1° DIEDRO FONTE: AUTOR Notem que, além da economia de espaço e de informações pouco importantes, podemos fazer algumas generalizações sobre a cota e o afastamento obtidos na épura quando o ponto se encontra no 1º diedro. A épura traz a projeção P’ abaixo da LT e a P’’ acima da LT. Contudo, observando o ponto no espaço, sabemos que tanto a cota quanto o afastamento são positivos. Concluímos, então, que, quando a cota (distância entre P’’ e LT) está acima da LT, terá um valor positivo. E quando o afastamento (distância de P’ e LT) está abaixo da LT, terá um valor positivo. Para reforçar: Para ter valor positivo, a cota tem que aparecer acima da LT e o afastamento abaixo. UNI No 1º Diedro TÓPICO 4 | PROJEÇÃO DE UM PONTO 73 FIGURA 81: PONTO DO 2° DIEDRO FONTE: AUTOR Notem que, ao “girarmos” o plano horizontal, a projeção P’ do ponto P vai parar acima da LT. Porém, ela ainda indica o afastamento e, com isso, concluímos que, quando o ponto está no segundo diedro, tanto a cota como o afastamento aparecem acima da LT na épura. Vale lembrar que a cota é positiva (está aparecendo acima da LT) e o afastamento é negativo (está acima da LT e é para baixo que ele é positivo). No 3º diedro FIGURA 82: PONTO NO 3° DIEDRO FONTE: AUTOR 74 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES Notem que a cota aparece abaixo da LT e o afastamento acima. Isso indica que ambos os valores são negativos, uma vez que estão localizados numa posição contrária à que ocorre com o ponto do 1º diedro. No 4º diedro FIGURA 83: PONTO NO 4° DIEDRO FONTE: AUTOR A épura nos mostra as duas medidas abaixo da LT, o que nos indica que o afastamento é positivo e a cota, negativa. Exemplos 1) Construa a épura de um ponto P [1, 5, -3]. Solução: Sabemos que o 1 é a abscissa, 5 é o afastamento e -3 é a cota. Afastamento positivo e cota negativa nos dão um ponto no 4º diedro (ver quadro resumo). A épura do 4º diedro tem ambas as medidas abaixo da LT, logo: TÓPICO 4 | PROJEÇÃO DE UM PONTO 75 Imagine o ponto do espaço e a rotação dos planos. Faça a construção em outra folha e depois compare os resultados. UNI 2) Determine as coordenadas do ponto representado na épura abaixo: Solução: Com o uso de uma régua graduada, medimos que a origem (0) está a 1,5cm da linha da chamada. Portanto, a abscissa mede 1,5cm. Como a linha de chamada está à esquerda da origem, temos abscissa negativa. Medimos que P’ está a 2cm acima da LT, que P’’ está 4cm abaixo, P’ representa o afastamento e P’’ a cota. Temos o afastamento acima da LT e a cota abaixo da LT. Isso indica que ambas as medidas são negativas e o ponto se encontra no 4º diedro. Portanto: P [-1,5; -2; -4]. 3) Determine o diedro que se encontra o ponto P [3, -8, 7] Solução: Sabemos que o 3 é a abscissa, -8 é o afastamento e 7 é a cota. Como o afastamento é negativo e a cota é positiva, então, o ponto P pertence ao segundo diedro (ver quadro resumo). 76 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES Para sabermos em qual diedro está um ponto, não precisamos da abscissa, basta que tenhamos o valor da cota e do afastamento. UNI 3 PROJEÇÃO DE UM PONTO PERTENCENTE AO PLANO NA ÉPURA Até o presente momento, tratamos apenas dos pontos que estão localizados em um dos quatro diedros. Mas, um ponto pode pertencer a alguns dos planos: PHA, PHP, PVS, PVI, ou até mesmo a intersecção dos planos que chamamos de linha da terra (LT). 3.1 PONTO PERTENCENTE AO PLANO HORIZONTAL Todos os pontos de cota nula pertencem ao plano horizontal, que pode ser PHA ou PHP. Caro estudante, como você está familiarizado com o sistema mongeano e com a épura, faremos a representação dos pontos P ∈ PHA e Q ∈ PHP na mesma figura FIGURA 84: PONTO NO PH FONTE: AUTOR TÓPICO 4 | PROJEÇÃO DE UM PONTO 77 Notem que, após o rebatimento, a projeção P’ ≅ P vai parar abaixo da LT, e a projeção P’’ permanece sobre a LT. Podemos observar que a cota é nula, pois está em cima da linha da terra e o afastamento é positivo, pois está abaixo da linha da terra. Já a projeção Q’ ≅ Q fica acima da LT, e a projeção Q’’ permanece sobre a LT. E podemos dizer que a cota é nula, pois está em cima da linha da terra e o afastamento é negativo, pois está acima da linha da terra. 3.2 PONTO PERTENCENTE AO PLANO VERTICAL Todos os pontos de afastamento nulo pertencem ao plano vertical, que pode ser PVS ou PVI. Veja agora, a representação dos pontos P ∈ PVS e Q ∈ PVI, no sistema mongeano e na épura. FIGURA 85: PONTO NO PV FONTE: AUTOR Notem que, após o rebatimento, a projeção P’’ ≅ P fica acima da LT, e a projeção P’ permanece sobre a LT. Logo o afastamento é nulo, pois está em cima da linha da terra e a cota é positiva, pois está acima da linha da terra. Já a projeção Q’’ ≅ Q vai parar abaixo da LT, e a projeção Q’ permanece sobre a LT. E podemos dizer que o afastamento é nulo, pois está em acima da linha da terra e a cota é negativa, pois está abaixo da linha da terra. 78 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES 3.3 PONTO PERTENCENTE A LINHA DA TERRA Todos os pontos de cota nula e afastamento nulo pertencem à linha da terra, e suas projeções coincidem. Observe a figura em que P ∈ LT: FIGURA 86: PONTO NA LT FONTE: AUTOR Após o rebatimento as projeções P’ e P’’ ficam sobre a linha da terra, veja o resumo no quadro, a seguir. QUADRO 1: RESUMO FONTE: AUTOR 1º Diedro 2º Diedro 3º Diedro 4º Diedro PHA PHP PVS PVI LT Afastamento + Abaixo LT - Acima LT - Acima LT + Abaixo LT + Abaixo LT - Acima LT 0 0 0 Cota + Acima LT + Acima LT - Abaixo LT - Abaixo LT 0 0 + Acima LT - Abaixo LT 0 TÓPICO 4 | PROJEÇÃO DE UM PONTO 79 LEITURA COMPLEMENTAR GASPARD MONGE (1746-1818) Howard Eves Monge fez seus estudos básicos em escolas oratorianas, primeiro em Beaunne, sua cidade natal, depois em Lyon, onde, aos dezesseis anos de idade, tornou-se instrutor de física. Uma planta de sua cidade natal, em escala apreciavelmente grande, elaborada com notável perícia, abriu-lhe as portas de escola militar de Mézières como desenhista. Tendo de desenhar a planta de um forte com os canhões em lugares a serem determinados por certos dados experimentais, Monge contornou o tedioso procedimento aritmético da época, substituindo-o por um outro, geométrico, mais rápido. Seu método, que consistia em inteligentemente representar objetos tridimensionais por meio de projeções convenientes sobre um plano bidimensional, foi adotado pelos militares e considerado segredo absoluto. Posteriormente, veio a se tornar matéria amplamente ensinada com o nome de geometria descritiva. Em 1768, Monge chegava a professor de Matemática e, em 1771, a professor de Física da mesma escola militar. Em 1780, foi designado para a cátedra de hidráulica do Liceu de Paris. FIGURA 87: GASPARD MONGE FONTE: http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Monge.html Acesso em: 29 Mai. 2008 Monge foi ministro da marinha e, como tal, engajou-se na tarefa de produzir armas e munições para armada. Foi o maior responsável, junto ao Diretório, pela criação da Escola Politécnica, da qual se tornou professor. Ganhou o afeto e a admiração calorosos de Napoleão, a quem acompanhou, juntamente com o matemático Joseph Fourier (1768-1830), à malfadada expedição de 1798 ao Egito. No retorno à França, reassumiu suas funções na Escola Politécnica, na qual sempre se mostrou um professor singularmente brilhante. Suas aulas serviram de inspiração a uma série de grandes geômetras, entre eles Charles Dupin (1784-1873) 80 UNIDADE 2 | SISTEMAS DE PROJEÇÕES e Jean Victor Poncelet (1788-1867), o primeiro responsável por contribuições de vulto ao campo da geometria diferencial e o segundo ao da geometria projetiva. Considera-se ainda que Monge, além de criador da geometria descritiva, seja também o pai da geometria diferencial. FONTE: EVES, Howard.
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