O conceito de cone
Considere uma região plana limitada por uma curva suave (sem quinas), fechada e um ponto P fora desse plano. Chamamos de cone ao sólido formado pela reunião de todos os segmentos de reta que têm uma extremidade em P e a outra num ponto qualquer da região.
Elementos do cone
- Base: A base do cone é a região plana contida no interior da curva, inclusive a própria curva.
- Vértice: O vértice do cone é o ponto P.
- Eixo: Quando a base do cone é uma região que possui centro, o eixo é o segmento de reta que passa pelo vértice P e pelo centro da base.
- Geratriz: Qualquer segmento que tenha uma extremidade no vértice do cone e a outra na curva que envolve a base.
- Altura: Distância do vértice do cone ao plano da base.
- Superfície lateral: A superfície lateral do cone é a reunião de todos os segmentos de reta que tem uma extremidade em P e a outra na curva que envolve a base.
- Superfície do cone: A superfície do cone é a reunião da superfície lateral com a base do cone que é o círculo.
- Seção meridiana: A seção meridiana de um cone é uma região triangular obtida pela interseção do cone com um plano que contem o eixo do mesmo.
Classificação do cone
Quando observamos a posição relativa do eixo em relação à base, os cones podem ser classificados como retos ou oblíquos. Um cone é dito reto quando o eixo é perpendicular ao plano da base e é oblíquo quando não é um cone reto. Ao lado apresentamos um cone oblíquo.
Observação: Para efeito de aplicações, os cones mais importantes são os cones retos. Em função das bases, os cones recebem nomes especiais. Por exemplo, um cone é dito circular se a base é um círculo e é dito elíptico se a base é uma região elíptica.
Observações sobre um cone circular reto
- Um cone circular reto é chamado cone de revolução por ser obtido pela rotação (revolução) de um triângulo retângulo em torno de um de seus catetos
- A seção meridiana do cone circular reto é a interseção do cone com um plano que contem o eixo do cone. No caso acima, a seção meridiana é a região triangular limitada pelo triângulo isósceles VAB.
- Em um cone circular reto, todas as geratrizes são congruentes entre si. Se g é a medida de cada geratriz então, pelo Teorema de Pitágoras, temos:
g2 = h2 + R2
- A Área Lateral de um cone circular reto pode ser obtida em função de g (medida da geratriz) e R (raio da base do cone):
ALat = p R g
- A Área total de um cone circular reto pode ser obtida em função de g (medida da geratriz) e R (raio da base do cone):
ATotal = p R g + p R2
Cones Equiláteros
Um cone circular reto é um cone equilátero se a sua seção meridiana é uma região triangular equilátera e neste caso a medida da geratriz é igual à medida do diâmetro da base.
A área da base do cone é dada por:
ABase=p R2
Pelo Teorema de Pitágoras temos:
(2R)2 = h2 + R2
h2 = 4R2 - R2 = 3R2
Assim:
h = R
3
Como o volume do cone é obtido por 1/3 do produto da área da base pela altura, então:
V = (1/3) p
3 R3
Como a área lateral pode ser obtida por:
ALat = p R g = p R 2R = 2 p R2
então a área total será dada por:
ATotal = 3 p R2
Exercícios resolvidos
- A geratriz de um cone circular reto mede 20 cm e forma um ângulo de 60 graus com o plano da base. Determinar a área lateral, área total e o volume do cone.
sen(60o) = h/20
(1/2)
3 = h/20
h = 10 R[3] cm
V = (1/3) Abase h
V = (1/3) p r2 h
(1/3) p 102 10
3 = (1/3) 1000
3 p cm3
r = 10 cm; g = 20 cm
Alat = p r g = p 10 20 = 200 p cm2
Atotal = Alat + Abase
Atotal = p r g + p r2 = p r (r+g)
Atotal = p 10 (10+20) = 300 p cm2
- A hipotenusa de um triângulo retângulo mede 2cm e um dos ângulos mede 60 graus. Girando-se o triângulo em torno do cateto menor, obtem-se um cone. Qual é o seu volume?
sen(60o) = R/2
(1/2)
3 = R/2
R =
3 cm
g2 = h2 + R2
22 = h2 + 3
4 = h2 + 3
h = 1 cm
V = (1/3) Abase h = (1/3) <p R2 h = (1/3) <p 3 = p cm3
- Os catetos de um triângulo retângulo medem b e c e a sua area mede 2 m2. O cone obtido pela rotação do triângulo em torno do cateto b tem volume 16 p m3. Determine o comprimento do cateto c.
Como a área do triangulo mede 2 m2, segue que
(1/2) b c = 2
implicando que
b.c=4
V =(1/3) Abase h
16 p R2 b
16 p = (1/3) p c c b
16 = c(4/3)
c = 12 m
- As áreas das bases de um cone circular reto e de um prisma quadrangular reto são iguais. O prisma tem altura 12 cm e volume igual ao dobro do volume do cone. Determinar a altura do cone.
hprisma = 12
Abase do prisma = Abase do cone = A
Vprisma = 2 Vcone
A hprisma = 2(A h)/3
12 = 2.h/3
h=18 cm
-
Anderson colocou uma casquinha de sorvete dentro de uma lata cilíndrica de mesma base, mesmo raio R e mesma altura h da casquinha. Qual é o espaço (vazio) compreendido entre a lata e a casquinha de sorvete?
V = Vcilindro - Vcone
V = Abase h - (1/3) Abase h
V = p R2 h - (1/3) p R2 h
V = (2/3) p R2 h cm3