Projeto MatWeb (Geometria Espacial): Piramides

Projeto MatWeb Geometria Espacial
Pirâmides

Para simplificar, usaremos a notação R[z] para a raiz quadrada de z>0.


O conceito de pirâmide

Consideremos um polígono contido em um plano (por exemplo, o plano horizontal) e um ponto V localizado fora desse plano. Uma Pirâmide é a reunião de todos os segmentos que têm uma extremidade em P e a outra num ponto qualquer do polígono. O ponto V recebe o nome de vértice da pirâmide.

Exemplo: As pirâmides do Egito, que eram utilizadas para sepultar faraós, bem como as pirâmides no México e nos Andes, que serviam a finalidades de adoração de deuses. As formas piramidais eram usadas por tribos indígenas e mais recentemente por escoteiros para construir barracas.


Elementos de uma pirâmide



Classificação das pirâmides pelo número de lados da base

triangularquadrangularpentagonal hexagonal
base:triângulobase:quadrado base:pentágonobase:hexágono


Pirâmide Regular reta

Pirâmide regular reta é aquela que tem uma base poligonal regular e a projeção ortogonal do vértice V sobre o plano da base coincide com o centro da base.

R raio do circulo circunscrito
rraio do círculo inscrito
laresta da base
apapótema de uma face lateral
haltura da pirâmide
alaresta lateral
As faces laterais são triângulos isósceles congruentes


Área Lateral de uma pirâmide

Às vezes podemos construir fórmulas para obter as áreas das superfícies que envolvem um determinado sólido. Tal processo é conhecido como a planificação desse sólido. Isto pode ser realizado se tomarmos o sólido de forma que a sua superfície externa seja feita de papelão ou algum outro material.

No caso da pirâmide, a idéia é tomar uma tesoura e cortar (o papelão d)a pirâmide exatamente sobre as arestas, depois reunimos as regiões obtidas num plano que pode ser o plano de uma mesa.
As regiões planas obtidas são congruentes às faces laterais e também à base da pirâmide.
Se considerarmos uma pirâmide regular cuja base tem n lados e indicarmos por Aface a área de uma face lateral da pirâmide, então a soma das áreas das faces laterais recebe o nome de área lateral da pirâmide e pode ser obtida por:

Alateral = n Aface

Exemplo: Consideremos a pirâmide quadrangular regular que está planificada na figura acima, cuja aresta da base mede 6cm e cujo apótema mede 4cm.

Como Alateral = n.Aface e como a pirâmide é quadrangular temos n=4 triângulos isósceles, a área da face lateral é igual à área de um dos triângulos, assim:

Aface = b·h/2 = 6·4/2 = 12

Desse modo

Alateral = 4·12 = 48 cm2

Exemplo: A aresta da base de uma pirâmide hexagonal regular mede 8 cm e a altura 10 cm. Calcular a área lateral.

Tomaremos a aresta como a=8 cm e a altura como h=10 cm. Primeiro vamos calcular a medida do apótema da face lateral da pirâmide hexagonal. Calcularemos o raio r da base. Como a base é um hexágono regular temos que r = (a/2)R[3]

r = 8 R[3] / 2 = 4 R[3]
Pela relação de Pitágoras:
ap2= r2 + h2
ap2= (4 R[3])2 + 102
ap2= 48 + 100 = 148 = 4·37
ap = 2 R[37]

A área da face é dada por:

Aface = 8·2[37]/2 = 8·R[37]
Alateral = n·Aface = 6·8·R[37] = 48·R[37]


Área total de uma Pirâmide

A área total de uma pirâmide é a soma da área da base com a área lateral, isto é:

Atotal = Alateral + Abase

Exemplo: As faces laterais de uma pirâmide quadrangular regular formam ângulos de 60 graus com a base e têm as arestas da base medindo 18 cm. Qual é a área total?

Já vimos que a área lateral é dada por Alateral=n.Aface. Como cos(60º) = (lado/2)/a, então 1/2 = 9/a logo a = 18. Segue que

Aface = b·h/2 = (18·18)/2 = 324
Alateral = 4·324 = 1296
Abase = 182 = 324
Concluímos que:
Atotal = Alateral + Abase
Atotal = 1296 + 324 = 1620

Exemplo: Um grupo de escoteiros quer obter a área total de suas barracas, as quais têm forma piramidal quadrangular. Para isso, eles usam medidas escoteiras. Cada dois passos de um escoteiro mede 1 metro. A barraca tem 4 passos escoteiros de lado da base e 2 passos de apótema. Ajude-os calcular a área, sabendo-se que 2 passos = 1 metro.

Abase = 2·2 = 4 m2
Alateral = 4·2·1 = 8 m3
Logo, a área total da barraca é

Atotal = Slateral + Sbase
Atotal = 4·8 = 32 m2


Volume de uma Pirâmide

O volume de uma pirâmide pode ser obtido como um terço do produto da área da base pela altura da pirâmide, isto é:

Volume = (1/3) Abase h

Exemplo: Juliana tem um perfume contido em um frasco com a forma de uma pirâmide regular com base quadrada. A curiosa Juliana quer saber o volume de perfume que o frasco contem. Para isso ela usou uma régua e tirou duas informações: a medida da aresta da base de 4cm e a medida da aresta lateral de 6cm.
Como Vpiram=Abase·h/3, devemos calcular a área da base e a medida da altura. Como a base tem forma quadrada de lado a=4cm, temos que: Abase=a2, logo:

Abase = 4cm · 4cm = 16 cm2

A altura h da pirâmide pode ser obtida como a medida de um cateto de um triângulo retângulo cuja hipotenusa é dada pela altura L=6cm da aresta lateral e o outro cateto Q=2·R[2] que é a metade da medida da diagonal do quadrado.

Dessa forma:

h2 = L2 - Q2
h2 = 36 - 8 = 28
h = 2 R[7]
O volume será dado por:
V = (1/3)·16·2R[7]=(32/3) R[7]


Seção Transversal de uma pirâmide

Seção transversal de uma pirâmide é a interseção da pirâmide com um plano paralelo à base da mesma. A seção transversal tem a mesma forma que a base, isto é, as suas arestas correspondentes são proporcionais. A razão entre uma aresta da seção transversal e uma aresta corresponente da base é dita razão de semelhança.

Observações sobre seções transversais:

VseçãoVolume da seção até o vértice
(volume da pirâmide menor)
VpiramVolume da pirâmide (maior)
AseçãoÁrea da seção transversal
(base da pirâmide menor)
AbaseÁrea da base da pirâmide (maior)
h Distância do vértice à seção
(altura da pirâmide menor)
H Altura da pirâmide (maior)

Assim:

Vseção
Vbase
 = Aseção
Apiram
 ·  h
H

Aseção
Abase
 = h2
H2

Vseção
Vbase
 = h3
H3

Exemplo: Uma pirâmide tem a altura medindo 9cm e volume igual a 108cm3. Qual é o volume do tronco desta pirâmide, obtido pelo corte desta pirâmide por um plano paralelo à base da mesma, sabendo-se que a altura do tronco da pirâmide é 3cm?

Vtronco = Vpirâmide - VpirMenor

Como

VpirMenor / Vpirâmide = h3 / H3
VpirMenor / 108 = 63 / 93
VpirMenor = 32
então
Vtronco = 108 - 32 = 76 cm3


Construída por Daniela Harmuch e Ulysses Sodré

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