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GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana DEFINIÇÃO Consideremos dois planos paralelos distintos e , um círculo C, pertencente ao plano a e uma reta r não paralela a . Denominamos cilindro circular ou simplesmente cilindro à reunião de todos os segmentos paralelos a r que possuem um dos extremos num ponto qualquer de C e outro extremo em . As bases de um cilindro são os círculos C e C’. Chamamos geratriz qualquer um dos segmentos paralelos a r que possuem um extremo na circunferência de C. A reunião de todas as geratrizes constitui a superfície lateral do cilindro. A distância entre os planos e que contém as bases é a altura do cilindro. CILINDRO RETO Quando as geratrizes são perpendiculares às bases, temos um cilindro reto. Caso contrário, o cilindro é oblíquo. Cilindro Reto CILINDRO DE REVOLUÇÃO O sólido gerado pela revolução completa de um retângulo em torno de um de seus lados é chamado cilindro de revolução. A base do retângulo gerador é o raio (R) da base do cilindro, enquanto o lado que gera a superfície lateral do cilindro é a geratriz (g), que representa a própria altura (h) do cilindro. A reta r, que contém o lado em torno do qual foi feita a revolução, é o eixo do cilindro. GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana SEÇÕES A seção transversal (paralela às bases) de um cilindro circular é um círculo congruente às bases. A seção meridiana (contém o eixo do cilindro) de um cilindro circular é um paralelogramo, e, no caso do cilindro de revolução, é um retângulo cuja base é o diâmetro da base do cilindro e cuja altura é igual a altura do cilindro. Quando a seção meridiana é um quadrado, o cilindro é chamado cilindro equilátero. Para que isto ocorra, devemos ter h = 2R. Área Lateral A superfície lateral de um cilindro reto de altura h e raio da base R pode ser planificada segundo um retângulo de base 2 R e altura h, como mostra a figura a seguir: Assim sendo, a área lateral do cilindro é equivalente à área do retângulo, ou seja: L S 2 Rh Área total A área total de um cilindro é igual à área lateral acrescida das áreas das bases, que são dois círculos. Então: T S 2 Rh 2 R² TS 2 R h R Volume Pelo princípio de Cavalieri, antes enunciado, dado um cilindro, é sempre possível obter um prisma com a base apoiada no mesmo plano que ele, com a mesma área da base e altura e, assim, consequentemente, com o mesmo volume. Portanto: CILINDRO PRISMA V V CILINDRO B V S h CILINDRO V R²h GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana Exemplo: Determinar a área lateral, a área total e o volume de um cilindro gerado pela revolução de um retângulo com 3 cm de base e 4 cm de altura. Resolução: L S 2 Rh 2 3 4 L S 24 cm² TS 2 R h R 2 3 4 3 T S 42 cm² V R²h 3² 4 V 36 cm³ LISTA DE EXERCÍCIOS 1) Um cilindro circular reto, de altura igual a 2 3 do raio da base e de 12 𝑐𝑚² de área lateral, possui raio da base igual a _____𝑐𝑚. a) 5 b) 4 c) 3 d) 2 2) Um cilindro equilátero tem 196 cm² de área lateral. O raio da base desse cilindro mede_____𝑐𝑚. a) 5 b) 6 c) 7 d) 8 3) Um cilindro de 18 𝑐𝑚 de altura e raio da base igual a 5 𝑐𝑚 contém água até a metade de sua altura. Por algum motivo, houve necessidade de despejar essa água em um outro cilindro com 40 𝑐𝑚 de altura, cujo raio da base mede 4 𝑐𝑚. Considerando 3 , o valor que mais se aproxima da altura atingida pela água no segundo cilindro é a) 14 𝑐𝑚 b) 16 𝑐𝑚 c) 20 𝑐𝑚 d) 24 𝑐𝑚 GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana 4) Um cilindro equilátero cuja geratriz mede 8 𝑐𝑚, tem área lateral igual a _______ cm² . a) 128 b) 64 c) 32 d) 16 5) Um cilindro de altura 𝐻 = 5 𝑐𝑚 e raio da base 𝑅 = 4 𝑐𝑚, tem volume 𝑉= ________ cm³ . a) 50 b) 60 c) 70 d) 80 6) A diagonal da secção meridiana de um cilindro equilátero mede 10 2 cm . A área lateral desse cilindro, em 𝑐𝑚², é a) 250 b) 200 c) 100 d) 50 7) Um retângulo, de lados 2 𝑚 e 5 𝑚, gira 360° em torno de seu maior lado. A área lateral do sólido obtido, em 𝑚², é a) 10 b) 20 c) 10 d) 20 8) Um cilindro equilátero é equivalente a um cone, também equilátero. Se o raio da base do cone mede 3 cm , o raio da base do cilindro mede, em cm, a) 3 b) 3 12 2 c) 3 6 3 d) 6 9) O raio da base de um cilindro equilátero e a aresta de um cubo são congruentes. A razão entre as áreas totais do cilindro e do cubo é a) 2 b) 4 c) d) 2 10) Um prisma quadrangular regular está circunscrito a um cilindro equilátero. Se a aresta da base do prisma mede 4 𝑐𝑚, então o volume do cilindro, em 𝑐𝑚³, é a) 16 b) 12 c) 8 d) 4 11) Num cilindro circular reto, o diâmetro da base mede 8 𝑐𝑚 e a geratriz, 10 𝑐𝑚. A área lateral desse cilindro, em 𝑐𝑚², é a) 160 b) 80 c) 80 d) 40 12) Se um cilindro reto está circunscrito a uma esfera de raio 𝑅, então a razão entre a área da superfície esférica e a área total do cilindro é GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana a) 1 b) 1 2 c) 2 3 d) 4 5 13) A área da secção paralela ao eixo de um cilindro circular reto, de 8 𝑚 de altura e 1 𝑚 de raio, feita a 0,6 𝑚 do eixo, em 𝑚², é a) 16,00 b) 12,80 c) 6,40 d) 8,60 14) A secção meridiana de um cilindro equilátero tem 4 2 cm de diagonal. O volume do cilindro, em 𝑐𝑚³, é de: a) 16 b) 24 c) 32 d) 54 15) Dobrando-se a altura de um cilindro circular reto e triplicando o raio de sua base, pode-se afirmar que seu volume fica multiplicado por: a) 6 b) 9 c) 12 d) 18 e) 36 GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana GABARITO 1. c 9. c 2. c 10. a 3. a 11. b 4. b 12. c 5. d 13. b 6. c 14. a 7. d 15. d 8. b GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Um cilindro circular reto, de altura igual a 2 3 do raio da base e de 12 𝑐𝑚² de área lateral, possui raio da base igual a _____𝑐𝑚. a) 5 b) 4 c) 3 d) 2 Resolução: A área lateral é dada por: L 2 4 A 12 2 r h 2 r r r² 3 3 r² 9 r 3 cm Gabarito: “c”. 2) Um cilindro equilátero tem 196 cm² de área lateral. O raio da base desse cilindro mede_____𝑐𝑚. a) 5 b) 6 c) 7 d) 8 Resolução: No cilindro equilátero, a seção meridiana forma um quadrado, portanto, a altura é o dobro do raio. Posto isso: LA 196 2 r (h) 2 r 2r 4 r² r² 49 r 7 cm Gabarito: “c”. 3) Um cilindro de 18 𝑐𝑚 de altura e raio da base igual a 5 𝑐𝑚 contém água até a metade de sua altura. Por algum motivo, houve necessidade de despejar essa água em um outro cilindro com 40 𝑐𝑚 de altura, cujo raio da base mede 4 𝑐𝑚. Considerando 3 , o valor que mais se aproxima da altura atingida pela água no segundo cilindro é a) 14 𝑐𝑚 b) 16 𝑐𝑚 c) 20 𝑐𝑚 d) 24 𝑐𝑚 Resolução: O volume de água no primeiro cilindro é igual ao volume de água no segundo: 1 2 V V 2 2 1 1 2 2 R h R h 2 2 1 1 2 2 R h R h Sendo 1 2 1 18 R 5 cm, R 4 cm, h 9 cm 2 GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana 2 2 25 9 (5)²9 (4)² h h 14,0625 14 cm 16 Gabarito: “a”. 4) Um cilindro equilátero cuja geratriz mede 8 𝑐𝑚, tem área lateral igual a _______ cm² . a) 128 b) 64 c) 32 d) 16 Resolução: No cilindro equilátero a seção meridiana forma um quadrado. Portanto, a altura do cilindro mede o dobro do raio da base H 2R . Sendo a área lateral dada por: l H S 2 R H 2 H H² 2 Perceba que a geratriz de um cilindro mede a própria altura dele, portanto: H 8 cm Então: l S H² (8)² 64 cm² Gabarito: “b” 5) Um cilindro de altura 𝐻 = 5 𝑐𝑚 e raio da base 𝑅 = 4 𝑐𝑚, tem volume 𝑉= ________ cm³ . a) 50 b) 60 c) 70 d) 80 Resolução: O volume do cilindro é dado por: cil V R² h (4)² (5) 80 cm³ Gabarito: “d”. 6) A diagonal da secção meridiana de um cilindro equilátero mede 10 2 cm . A área lateral desse cilindro, em 𝑐𝑚², é a) 250 b) 200 c) 100 d) 50 Resolução: No cilindro equilátero a seção meridiana forma um quadrado. A diagonal do quadrado mede D L 2 , logo: 10 2 L 2 L=10 cm O lado 𝐿 mede o dobro da medida do raio da base do cilindro L 2r r 5 cm e o lado 𝐿 representa a altura do cilindro h L 10 cm Sendo assim, a medida da área lateral do cilindro é dada por: l S 2 r h 2 (5) (10) 100 cm² Gabarito: “c”. 7) Um retângulo, de lados 2 𝑚 e 5 𝑚, gira 360° em torno de seu maior lado. A área lateral do sólido obtido, em 𝑚², é a) 10 b) 20 c) 10 d) 20 GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana Resolução: O retângulo irá definir um cilindro em que o seu eixo de rotação será a altura e o outro lado será o raio da base, logo, ℎ = 5 𝑚 e 𝑟 = 2 𝑚. l S 2 r h 2 (2) (5) 20 m² Gabarito: “d”. 8) Um cilindro equilátero é equivalente a um cone, também equilátero. Se o raio da base do cone mede 3 cm , o raio da base do cilindro mede, em cm, a) 3 b) 3 12 2 c) 3 6 3 d) 6 Resolução: Sólidos equivalentes são aqueles que possuem o mesmo volume. Logo, o volume do cone e do cilindro são iguais. Lembre também das definições de cilindro e cone equilátero, a seção meridiana destes forma, respectivamente, um quadrado e um triângulo equilátero. Sendo assim: cone con con 3 h (2R ) 3R 2 cil cil h 2R Sendo assim: con cil V V 2 2 con con cil cil 1 R h R h 3 2 2con con cil cil1 R 3R R 2R3 3 3 con cil 3 R 2R 3 3 3 cil con 3 R R 6 3 3 cil 3 9 3 R 3 6 6 2 3 3 cil 3 12 R 2 2 Gabarito: “b”. 9) O raio da base de um cilindro equilátero e a aresta de um cubo são congruentes. A razão entre as áreas totais do cilindro e do cubo é a) 2 b) 4 c) d) 2 Resolução: Lembre-se da definição de cilindro equilátero, a seção meridiana forma um quadrado. Sendo assim: cil cil h 2R Segundo o enunciado: cil cubo R L d Sendo assim, calculamos a área superficial do cilindro conforme: GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana 2 cilindro lat base cil cil cil S S 2S 2 R h 2 R 2 2 cil cil cil cil 2 R (2R ) 2 R 6 R 6 d² cilindro S 6 d² A área superficial do cubo é dada por: 2 cubo cubo S 6 L 6d² Então a razão entre as áreas vale: cilindro cubo S 6 d² S 6d² Gabarito: “c”. 10) Um prisma quadrangular regular está circunscrito a um cilindro equilátero. Se a aresta da base do prisma mede 4 𝑐𝑚, então o volume do cilindro, em 𝑐𝑚³, é a) 16 b) 12 c) 8 d) 4 Resolução: Na base do cilindro temos a seguinte situação: O lado da base do prisma mede cil 2r 4 R 2 cm é o raio da base do cilindro. Lembre-se da definição de cilindro equilátero, a seção meridiana forma um quadrado. Sendo assim: cil cil h 2R 4 cm Então o volume do cilindro é dado por: 2 cil cil cil V R h (2)² (4) 16 Gabarito: “a”. 11) Num cilindro circular reto, o diâmetro da base mede 8 𝑐𝑚 e a geratriz, 10 𝑐𝑚. A área lateral desse cilindro, em 𝑐𝑚², é a) 160 b) 80 c) 80 d) 40 Resolução: No cilindro dado, o raio da base mede R 4 cm . E a área lateral do cilindro é calculada como: l S 2 R h 2 (4) (10) 80 cm² Gabarito: “b”. 12) Se um cilindro reto está circunscrito a uma esfera de raio 𝑅, então a razão entre a área da superfície esférica e a área total do cilindro é a) 1 GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana b) 1 2 c) 2 3 d) 4 5 Resolução: Na situação dada, temos a seguinte seção meridiana: cil esf R R R cil esf H 2R 2R Sendo assim: 2 esf esf cil cil cil cil S 4 R S 2 R (R H ) 2R² 2R² 2 R(R 2R) 3R² 3 Gabarito: “c”. 13) A área da secção paralela ao eixo de um cilindro circular reto, de 8 𝑚 de altura e 1 𝑚 de raio, feita a 0,6 𝑚 do eixo, em 𝑚², é a) 16,00 b) 12,80 c) 6,40 d) 8,60 Resolução: Na situação dada, a altura da face gerada pelo plano é a mesma altura do cilindro, mas devemos descobrir o comprimento da base. Observe a seguinte figura que mostra a visão superior do cilindro: O segmento BD representa o plano que secciona o cilindro. Perceba que aplicando Pitágoras no triângulo 𝐴𝐵𝐶, obtemos que BC 0,8 m . Logo, L 0,8 L=1,6 m 2 A área do plano é dada por: S B h (8) (1,6) 12,8 m² Gabarito: “b”. 14) A secção meridiana de um cilindro equilátero tem 4 2 cm de diagonal. O volume do cilindro, em 𝑐𝑚³, é de: GEOMETRIA ESPACIAL CILINDRO /mestreviana /canalmestreviana a) 16 b) 24 c) 32 d) 54 Resolução: Primeiramente, lembremos que a secção meridiana de um cilindro equilátero forma um quadrado. Sendo assim, a diagonal de um quadrado de lado 𝑙 é dada por: D l 2 4 2 l 4 cm O diâmetro 𝑑 da base do cilindro mede l 4 cm e a altura ℎ do cilindro mede l 4 cm . Então calcularemos o volume do cilindro, conforme: cil d² (4)² V h (4) 16 cm³ 4 4 Gabarito: “a”. 15) Dobrando-se a altura de um cilindro circular reto e triplicando o raio de sua base, pode-se afirmar que seu volume fica multiplicado por: a) 6 b) 9 c) 12 d) 18 e) 36 Resolução: Sabemos que o volume de um cilindro é obtido pela seguinte equação: 2 c b V r h Portanto, temos que se triplicamos o raio da base b b r' 3r e dobramos a altura h' 2h , obtemos então: ' c b V r' ² h' ' c b V (3r )² (2h) ' 2 c b V 18 r h ' c c V 18V Logo, o volume duplica. Gabarito: “d”.
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