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

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

  1. 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
  2. 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.
  3. 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

  4. 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

  5. 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 Raiz quadrada3

Como o volume do cone é obtido por 1/3 do produto da área da base pela altura, então:

V = (1/3) p Raiz quadrada3 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

  1. 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)Raiz quadrada3 = h/20
    h = 10 R[3] cm
    V = (1/3) Abase h
    V = (1/3) p r2 h
    (1/3) p 102 10 Raiz quadrada3 = (1/3) 1000 Raiz quadrada3 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

  2. 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)Raiz quadrada3 = R/2
    R = Raiz quadrada3 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

  3. 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


  4. 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

  5. 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