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10 Cuerpos de revolución 294 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO Esta unidad despertará el interés y la curiosidad por el conocimiento de los elementos de las superficies esféricas, la interpretación de mapas, los cambios horarios y la localización de ciudades en la esfera terrestre. Lo fundamental es que los alumnos reconozcan y sepan desarrollar cuerpos de revolución. Será muy importante que recuerden cómo se calcula el área de un círculo y de un sector circular y cómo se ha de hallar la longitud de una circunferencia y de un arco. Los contenidos de cada una se las secciones se presentan como una necesidad de conocerlos para poder resolver un problema de la vida cotidiana. Es preferible que aprendan a deducir las expresiones que permiten calcular áreas y volúmenes. La metodología se ha diseñado incluyendo actividades integradas que permitirán al alumnado adquirir eficazmente varias competencias al mismo tiempo. Comunicación lingüística (CL) Es la protagonista de toda la unidad teniendo especial importancia en las secciones: Matemáticas vivas, Geometría en el arte y en la sección Lee y comprende las matemáticas de final del bloque. Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología (CMCT) Se desarrollan a lo largo de toda la unidad, integrarán el conocimiento matemático con otras áreas para obtener conclusiones y enfrentarse a situaciones cotidianas. Competencia digital (CD) Se integra en los epígrafes Área y volumen de conos y Composición de cuerpos de revolución, así como en la sección Matemáticas en el día a día del inicio de unidad, haciendo partícipes a los alumnos de las ventajas que tiene recurrir a los medios informáticos. Competencias sociales y cívicas (CSC) Estará presente en todas aquellas actividades que propongamos para que los alumnos las realicen en grupo, procurando la participación de todos los integrantes. Pondremos especial interés para que aprendan a gestionar un comportamiento de respeto a las diferencias de criterio. Competencia aprender a aprender (CAA) A lo largo de la unidad se considera la necesidad de que adquieran la capacidad de concentración y que desarrollen el razonamiento ma- temático para describir la realidad. Con el trabajo en equipo aprenderán a comunicar de manera eficaz los resultados de su propio trabajo potenciando así las metas de su aprendizaje. Competencia sentido de iniciativa y espíritu emprendedor (CSIEE) La capacidad de elegir con criterio propio y llevar adelante acciones necesarias se desarrolla especialmente en las últimas actividades de cada sección (Investiga o Desafío) y en la sección de Matemáticas vivas. Competencia conciencia y expresiones culturales (CCEC) Toda la unidad trata del estudio y comprensión de distintos diseños geométricos. El aprendizaje de las técnicas para hallar los elementos carac- terísticos permitirá que los alumnos adquieran la capacidad de percibir y comprender las producciones del mundo del arte. El tiempo previsto para el desarrollo de la unidad es de 3 semanas, aunque deberá adaptarse a las necesidades de los alumnos. Objetivos Los objetivos que los alumnos tienen que alcanzar son: ❚❚ Reconocer cuerpos de revolución y determinar el área y el volumen de cilindros, conos y esferas. ❚❚ Identificar cortes de planos y esferas. ❚❚ Conocer la esfera terrestre, utilizar husos horarios y manejar coordenadas geográficas. ❚❚ Clasificar y calcular áreas y volúmenes de cuerpos de revolución. ❚❚ Realizar una tarea de trabajo cooperativo utilizando los cuerpos de revolución. CUERPOS DE REVOLUCIÓN10 295 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO Atención a la diversidad Con el fin de atender los distintos ritmos de aprendizaje de los alumnos, se proponen, algunas actividades de refuerzo y de ampliación que podrán utilizarse como alternativa o complemento a las que figuran en el libro del alumno. Material complementario En el material complementario Comprende y resuelve problemas se proponen actividades para trabajar la comprensión y la resolución de problemas relacionados con la geometría del espacio. Por otra parte, el material complementario Practica+ cuenta con un repaso de los contenidos y procedimientos estudiados sobre los cuerpos de revolución, y se proponen nuevas actividades para repasar y afianzar dichos contenidos. Además, para ayudar a los alumnos a comprender y practicar los problemas de cuerpos de revolución pueden acceder a las lecciones 1107, 1122, 1136 y 1138 de la web www.mismates.es. P R O G R A M A C I Ó N D E L A U N I D A D Contenidos Criterios de evaluación Estándares de aprendizaje evaluables Relación de actividades del libro del alumno Competencias clave Cilindros y conos Troncos de conos 1. Reconocer cilindros y conos como cuerpos de revolución. 2. Identificar troncos de cono como cuerpos de revolución. 3. Reconocer cuerpos de revolución en diferentes contextos. 1.1. Describe los elementos y propiedades métricas de cilindros y conos. 2.1. Conoce los elementos y propiedades métricas de troncos de cono. 3.1. Identifica y crea cuerpos de revolución. 2, 3, 5 G1 4, 6 1, 7, 8 CL CMCT CSC CAA CSIEE Área y volumen de cilindros 4. Comprender y aplicar las fórmulas para el cálculo de áreas y volúmenes de cilindros. 4.1. Calcula áreas y volúmenes de cilindros. 4.2. Relaciona elementos, áreas y volúmenes de cilindros para resolver problemas. 9-11 63-65 12-21 66-70 CL CMCT CSC CAA CSIEE Área y volumen de conos Área y volumen de los troncos de conos 5. Comprender y aplicar las fórmulas para el cálculo de áreas y volúmenes de conos. 6. Deducir la forma adecuada para calcular áreas y volúmenes de troncos de conos. 5.1. Obtiene áreas y volúmenes de conos. 5.2. Relaciona elementos, áreas y volúmenes de conos para resolver problemas. 6.1. Calcula áreas y volúmenes de troncos de cono. 22, 71, 72 24, 73, 74 23, 75, 78 CL CMCT CD CSC CAA CSIEE CCEC Esferas Intersecciones de planos y esferas 7. Reconocer la esfera como cuerpo de revolución. 8. Identificar las intersecciones que se obtienen al cortar una esfera por uno o más planos. 7.1. Describe la esfera y sus elementos. 8.1. Reconoce, dibuja y aplica propiedades métricas en semiesferas, casquetes, zonas, cuñas y husos esféricos. 26, 27, 29 25, 28 79, 81, 82 Matemáticas vivas 1 CL CMCT CSC CAA CSIEE CCEC Área y volumen de esferas 9. Deducir la forma adecuada para hallar el área y el volumen de esferas. 9.1. Calcula área y volumen de esferas, área de husos y volumen de cuñas esféricas. 9.2. Relaciona elementos, área y volumen de esferas para resolver problemas. 30, 35, 83, 86 Matemáticas vivas 3 31-34, 36-38 80, 84, 85, 87-89 CL CMCT CSC CAA CSIEE CCEC Composición de cuerpos de revolución 10. Reconocer cuerpos compuestos por cuerpos de revolución y determinar su área y su volumen. 10.1. Obtiene el área y el volumen de cuerpos compuestos por cuerpos de revolución. 39-44 90, 91 CL CMCT CD CSC CAA CSIEE CCEC La esfera terrestre Elementos de la esfera terrestre 11. Conocer los elementos de la superficie terrestre. 12. Identificar el sistema de coordenadas geográficas. 11.1. Reconoce los elementos de la superficie terrestre. 11.2. Identifica husos horarios y determina diferencias horarias. 12.1. Reconoce coordenadas geográficas y calcula distancias entre dos puntos de la superficie terrestre. 50-52 92, 96 45-49 100-103 53-62 93-95, 97-99 104-106 CL CMCT CD CSC CAA CSIEE CCEC Coordenadas geográficas MAPA DE CONTENIDOS DE LA UNIDAD 2. Área y volumen de cilindros 4. Esferas • Intersecciones de planos y esferas 7. La esfera terrestre • Elementos de la esfera terrestre 8. Coordenadas geográficas ¿Qué tienes que saber? • Cilindros • Conos y troncos de cono • Esferas Avanza Razones trigonométricas de un ángulo agudo Geometría en el arte Cuerpos geométricos en la arquitectura PARA EL PROFESORMATERIAL COMPLEMENTARIO PARA EL ALUMNO Actividades de Refuerzo Actividades de Ampliación Propuesta de Evaluación A Propuesta de Evaluación B Presentación de la unidad Ideas previas Repasa lo que sabes Matemáticas en el día a día Contenido WEB. Formas naturales 1. Cilindros y conos • Troncos de cono Vídeo. Área y volumen de un cono 3. Área y volumen de conos • Área y volumen de los troncos de cono 5. Área y volumen de esferas Vídeo. Área y volumen de un cuerpo de revolución compuesto 6. Composición de cuerpos de revolución Actividades finales Actividades interactivas MisMates.es Lecciones 1107, 1122, 1136 y 1138 de la web www.mismates.es Practica+ Comprende y resuelve problemas 10 Cuerpos de revolución Matemáticas vivas Astronomía • Estudio de cuerpos celestes Trabajo cooperativo Tarea cuya estrategia es Cabezas juntas numeradas de Spencer Kagan Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 296 297 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO Sugerencias didácticas En esta esta unidad los alumnos aprenderán a generar cuerpos de revolución y a calcular sus áreas y volúmenes. Resultará muy atractivo el epígrafe sobre la esfera terrestre. Empezaremos la unidad proponiendo ejercicios en los que tengan que recordar cómo se halla la longitud de una cir- cunferencia y de un arco, así como el cálculo del área de un círculo y de un sector circular. Al terminar la unidad debe- mos asegurarnos de que los alumnos son capaces de calcu- lar áreas y volúmenes de cuerpos de revolución e interpretar las coordenadas de un punto en la esfera terrestre. Será importante que realicen dibujos representativos de activida- des propuestas, y no debería presentar problema el correc- to manejo de la calculadora. Haremos hincapié en que su forma de argumentar y comunicar sea, en todo momento, mediante la utilización del lenguaje matemático adecuado. Contenido WEB. FORMAS NATURALES En la sección Matemáticas en el día a día se introduce un recurso TIC para complementar la página de inicio con información rela- tiva a la unidad. En este caso se explica cómo se utilizan cuerpos de revolución en la naturaleza y en la ingeniería para obtener las figuras más adecuadas a la función que se realiza. Puede utilizarse para motivar a los alumnos antes de comenzar a trabajar la uni- dad o como ampliación para aquellos alumnos que muestren un interés especial. El estudio de la naturaleza ha permitido crear estructuras que imitan sus formas y obtienen los mejores resultados para situaciones cotidianas. El uso de conos, cilindros y esferas mejora las condiciones energéticas, acústicas o económicas de un objeto o de una construcción. Matemáticas en el día a día ][ REPASA LO QUE SABES 1. Calcula la longitud de una circunferencia si su radio mide 6 m. 2. ¿Cuánto mide el radio de una circunferencia de 15 cm de longitud? 3. Halla la longitud del arco de una circunferencia cuyo radio mide 10 cm si tiene una amplitud de 30º. 4. Averigua el área de un círculo cuyo diámetro mide 6 m. 5. ¿Cuál es la longitud del radio de un círculo de 1 256 cm2 de área? 6. Calcula el área de un sector circular de 45º de amplitud si su radio mide 8 cm. 183 10 CUERPOS DE REVOLUCIÓN Los cuerpos de revolución se obtienen al girar una figura plana alrededor de una recta que se denomina eje de giro. Por ejemplo, si impulsas una moneda para hacerla girar, podrás observar que aparentemente se crea una esfera. La forma esférica aparece con frecuencia en la naturaleza. Dado un cierto volumen, esta forma lo contiene con la mínima superficie y, por tanto, con el menor gasto energético. Las pompas de jabón generadas por la tensión superficial del agua con jabón constituyen un buen ejemplo de esto. Los cucuruchos de galleta en los que se colocan las bolas de helado, así como muchos de los envases que utilizamos a diario, son también cuerpos de revolución. IDEAS PREVIAS ❚ Longitud de un a circunferencia y d e un arco. ❚ Área de un círcu lo y de un sector circular . mac3e36 Repasa lo que sabes Soluciones de las actividades 1. Calcula la longitud de una circunferencia si su radio mide 6 m. L = 2 ∙ π ⋅ 6 = 37,68 m 2. ¿Cuánto mide el radio de una circunferencia de 15 cm de longitud? 2πr = 15 → r = 2,39 cm 3. Halla la longitud del arco de una circunferencia cuyo radio mide 10 cm si tiene una amplitud de 30º. L = 2 ⋅ π ⋅10 ⋅ 30º 360º = 5,23 cm 4. Averigua el área de un círculo cuyo diámetro mide 6 m. r = 3 → A = π ⋅ 32 = 28,26 m2 5. ¿Cuál es la longitud del radio de un círculo de 1 256 cm2 de área? πr2 = 1 256 → r = 20 cm 6. Calcula el área de un sector circular de 45º de amplitud si su radio mide 8 cm. A = π ⋅82 ⋅ 45º 360º = 25,12 cm2 10 Cuerpos de revolución 298 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 1. Cilindros y conos 185 10Actividades10 Cuerpos de revolución 184 Observa los objetos de tu entorno cotidiano y cita tres que sean: a) Cilindros. b) Conos. c) Troncos de cono. Un cilindro de 20 cm de altura tiene como bases dos círculos de 4 cm de diámetro. Si este cilindro ha sido generado haciendo girar un rectángulo sobre su lado mayor, ¿cuáles son las dimensiones de dicho rectángulo? Calcula la longitud de la generatriz de un cono de 12 cm de altura cuyo radio mide 3 cm. ¿Qué cuerpo geométrico se obtiene al hacer girar este trapecio sobre el eje vertical? Halla la longitud del lado desconocido del trapecio e indica a qué elemento del cuerpo corresponde. Fíjate en el triángulo. a) ¿Cuál es el nombre del cuerpo geométrico que se obtiene cuando el triángulo gira sobre el eje horizontal? b) Halla la longitud del radio de la base del cuerpo obtenido con el giro del apartado anterior. c) ¿Cómo se llama el cuerpo geométrico que se obtiene al girar el triángulo sobre el eje vertical? d) Calcula el área de la base del cuerpo obtenido con el giro del apartado anterior. Determina las áreas de las bases del tronco de cono que genera un trapecio rectángulo cuyos lados paralelos miden 8 cm y 10 cm, respectivamente. Dibuja el cuerpo geométrico que se obtiene al girar el polígono del dibujo sobre el lado AE. 1 2 3 4 5 6 7 1. CILINDROS Y CONOS Juanjo ha pasado la tarde fabricando banderines para animar la próxima carrera solidaria de su barrio. Al hacer girar la varilla en la que ha sujetado una pieza rectangular, ha obtenido lo que parece un cilindro. Un cilindro recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un rectángulo sobre un eje paralelo a uno de sus lados. Un cilindro recto tiene una superficie lateral que es un rectángulo y dos bases que son círculos. Cuando Juanjo elige otro banderín en el que ha colocado una pieza con la forma de un triángulo rectángulo y lo hace girar, obtiene lo que podría ser un cono. Un cono recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un triángulo rectángulo sobre un eje que contiene uno de sus catetos. Uno de sus extremos es el vértice del cono. Un cono recto tiene una superficie lateral que es un sector circular y una base que es un círculo. Troncos de cono María, la hermana de Juanjo, ha tenido la idea de cortar los triángulos rectángulos antes de pegarlos a la varilla. De este modo, ha obtenido trapecios rectángulos y, al hacer girar un banderín así construido, ha visto como aparecía un tronco de cono. Un tronco de cono recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un trapecio rectángulo sobre un eje que contiene el lado perpendicular a sus bases. Un tronco de cono recto tiene una superficie lateral que es un trapecio circular y dos bases que son círculos. Aprenderás a… ● Reconocer cilindros, conos y troncos de cono como cuerpos de revolución. ❚ El segmento que genera el cilindro como cuerpo de revolución se llama generatriz, g. ❚ La altura, h, de un cilindroes la distancia entre sus bases. Recuerda ❚ El segmento que genera el cono como cuerpo de revolución se llama generatriz, g. ❚ La altura, h, de un cono es la distancia entre su vértice y el centro de su base. Recuerda ❚ El segmento que genera el tronco de cono como cuerpo de revolución se llama generatriz, g. ❚ La altura, h, de un tronco de cono es la distancia entre sus bases. Recuerda X Y 8 cm 12 cm 18 cm X Y 6 cm 2 cm A E B C D Presta atención Al cortar un cono recto por un plano paralelo a su base, obtenemos un tronco de cono y un cono más pequeño. Cono Tronco de cono Utiliza papel, tijeras y pegamento para construir un cilindro recto y un cono recto. a) Si cortas el cilindro por dos planos paralelos entre sí, pero no paralelos a las bases, ¿qué cuerpo geométrico obtienes? ¿Es un cuerpo de revolución? b) Si cortas el cono por un plano que no sea paralelo a la base, ¿qué cuerpo geométrico obtienes? ¿Es un cuerpo de revolución? 8 Investiga Soluciones de las actividades 1 Observa los objetos de tu entorno cotidiano y cita tres que sean: a) Cilindros. b) Conos. c) Troncos de cono. Respuesta abierta, por ejemplo: a) La base de una lámpara de mesa, una cacerola y un jarrón. b) Un embudo, la punta de un bolígrafo y una copa. c) La pantalla de una lámpara, un recipiente para bolígrafos y un vaso. 2 Un cilindro de 20 cm de altura tiene como bases dos círculos de 4 cm de diámetro. Si este cilindro ha sido generado ha- ciendo girar un rectángulo sobre su lado mayor, ¿cuáles son las dimensiones de dicho rectángulo? El rectángulo ha de tener 20 cm de altura y 2 cm de base. 3 Calcula la longitud de la generatriz de un cono de 12 cm de altura cuyo radio mide 3 cm. g = 122 + 32 = 12,37 cm Sugerencias didácticas La comprensión de las figuras de cilindro y cono como cuer- pos de revolución no presentará problemas, pero estaremos atentos a la comprensión y dibujo de los elementos básicos. Será importante el reconocimiento de un tronco de cono como el cuerpo generado por un trapecio rectángulo y como la sección de un cono por un plano paralelo a la base. El teorema de Pitágoras será clave para la resolución de al- guna de las actividades propuestas. 299 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 4 ¿Qué cuerpo geométrico se obtiene al hacer girar este trapecio sobre el eje vertical? Halla la longitud del lado desconocido del trapecio e indica a qué elemento del cuerpo corresponde. Se obtiene un tronco de cono. El lado desconocido mide: a = 122 + 102 = 15,62 cm Este segmento corresponde a la generatriz del tronco de cono. 5 Fíjate en el triángulo. a) ¿Cuál es el nombre del cuerpo geométrico que se obtiene cuando el triángulo gira sobre el eje horizontal? b) Halla la longitud del radio de la base del cuerpo obtenido con el giro del apartado anterior. c) ¿Cómo se llama el cuerpo geométrico que se obtiene al girar el triángulo sobre el eje vertical? d) Calcula el área de la base del cuerpo obtenido con el giro del apartado anterior. a) Se obtiene un cono. b) El radio del cono mide: r = 62 − 22 = 5,66 cm c) También se obtiene un cono. d) Ab = π ⋅ 2 2 = 12,56 cm2 6 Determina las áreas de las bases del tronco de cono que genera un trapecio rectángulo cuyos lados paralelos miden 8 cm y 10 cm, respectivamente. Ab1 = π ⋅ 8 2 = 200,96 cm2 Ab2 = π ⋅ 10 2 = 314 cm2 7 Dibuja el cuerpo geométrico que se obtiene al girar el polígono del dibujo sobre el lado AE. Investiga 8 Utiliza papel, tijeras y pegamento para construir un cilindro recto y un cono recto. a) Si cortas el cilindro por dos planos paralelos entre sí, pero no paralelos a las bases, ¿qué cuerpo geométrico obtienes? ¿Es un cuerpo de revolución? b) Si cortas el cono por un plano que no sea paralelo a la base, ¿qué cuerpo geométrico obtienes? ¿Es un cuerpo de revolución? a) Se obtiene un cilindro oblicuo. No es un cuerpo de revolución ya que la altura no coincide con la generatriz. b) Se obtiene un cono oblicuo. No es un cuerpo de revolución porque la altura no coincide con la generatriz. X Y 8 cm 12 cm 18 cm X Y 6 cm 2 cm 10 Cuerpos de revolución 300 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 2. Área y volumen de cilindros 187 10Actividades10 Cuerpos de revolución 186 La altura de un cilindro mide 6 m, y su radio, 3 m. Calcula su área lateral, su área total y su volumen. Un rectángulo tiene unas dimensiones de 2 cm × 5 cm. Halla el área del cilindro que se obtiene haciendo girar el rectángulo sobre el lado de 2 cm. Comprueba si el área anterior coincide con la del cilindro generado al girar el rectángulo sobre el lado de 5 cm. Calcula el volumen de estos cilindros. a) b) 15 cm 12 cm 10 cm 8 cm Averigua los litros de agua que caben en un depósito cilíndrico de 15 m de altura cuyo diámetro es de 10 m. Halla el volumen del depósito de tinta de un bolígrafo que mide 11 cm de altura y 1 cm de diámetro. Arturo va a pintar una pared con un rodillo. ¿Cuál es la superficie de pared que abarcará con cada vuelta completa del rodillo? Un bote de refresco tiene una capacidad de 330 cm3. Si su diámetro mide 6,5 cm, ¿cuál es su altura? Calcula el área lateral de un cilindro si el diámetro de la base mide 14 cm y su altura es el triple que su radio. Determina el radio de un cilindro si la longitud de la circunferencia de la base es de 62,8 dm. Un cilindro tiene un área total de 3 500 dm2. Si el radio de la base mide 17,5 dm, halla la altura del cilindro. La capacidad de un depósito cilíndrico es de 3 140 m3. ¿Cuánto mide su radio si tiene una altura de 10 m? Halla el diámetro de un cilindro de 10 m de altura si su volumen es de 1 000 m3. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2. ÁREA Y VOLUMEN DE CILINDROS Ángela tiene una moto de dos cilindros. Los cilindros de un motor son unas piezas metálicas capaces de resistir las altas temperaturas que se producen por las constantes explosiones del combustible. Estas explosiones originan la fuerza mecánica del motor, que es la que después se transforma en el movimiento de la moto. ¿Cómo puede Ángela hallar el área y el volumen de uno de los cilindros de su moto? Para determinar el área, primero dibujamos el desarrollo plano de uno de los cilindros. 4 cm 3 cm 3 cm ❚ El área lateral es el área del rectángulo cuya base mide la longitud de las circunferencias de las bases del cilindro. AL = L ⋅ h = 2 ⋅ π ⋅ 3 ⋅ 4 = 75,36 cm 2 ❚ El área total es la suma del área lateral y las áreas de los dos círculos. AT = AL + 2Ab = 75,36 + 2 ⋅ π ⋅ 3 2 = 75,36 + 56,52 = 131,88 cm2 ❚ Calculamos la capacidad del cilindro aplicando el principio de Cavalieri, que nos permite hallar el volumen del cilindro: V = π ⋅ 32 ⋅ 4 = 28,26 ⋅ 4 = 113,04 cm3 ❚ El área lateral de un cilindro recto, AL, es el área del rectángulo que forma su cara lateral. AL = L ⋅ h = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h ❚ El área total de un cilindro recto, AT, es la suma del área lateral y las áreas de las dos bases. AT = AL + 2Ab = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h + 2 ⋅ π ⋅ r 2 ❚ El volumen de un cilindro recto, V, es el producto del área de la base por la altura. V = Ab ⋅ h = π ⋅ r 2 ⋅ h En tu vida diaria • Hay motores de un cilindro, como los de las motosierras o algunas motocicletas pequeñas, y los hay de hasta 16 cilindros, como los que equipan algunos coches, autobuses, camiones o aviones. • La cilindrada de un vehículo es la forma de medir el tamaño de su motor. Se obtiene sumando los volúmenes de unas piezas llamadas pistones que se sitúan en el interior de cada cilindro. Es frecuente hablar, por ejemplo, de un motor de 2 000 cm3 o de su equivalente, un motor de 2 L. Aprenderás a… ● Deducir la forma más adecuada para obtener el área y el volumen de cilindros. DESAFÍO Una vela cilíndrica de 15 cm de altura y 6 cm de diámetro se consume a razón de 1 cm cada 40 min. ¿Cuál será el volumen de la parte de la vela que quedadespués de 4 h encendida? 21 Soluciones de las actividades 9 La altura de un cilindro mide 6 m, y su radio, 3 m. Calcula su área lateral, su área total y su volumen. AL = 2 ⋅ π ⋅ 3 ⋅ 6 = 113,04 m 2 AT = 113,04 + 2 ⋅ π ⋅ 3 2 = 113,04 + 56,52 = 169,56 m2 V = π ⋅ 32 ⋅ 6 = 169,56 m3 10 Un rectángulo tiene unas dimensiones de 2 cm x 5 cm. Halla el área del cilindro que se obtiene haciendo girar el rectán- gulo sobre el lado de 2 cm. Comprueba si el área anterior coincide con la del cilindro generado al girar el rectángulo sobre el lado de 5 cm. Girando sobre el lado de 2 cm: AT = 2 ⋅ π ⋅ 5 ⋅ 2 + 2 ⋅ π ⋅ 5 2 = 219,8 cm2 Al girar sobre el lado de 5 cm: AT = 2 ⋅ π ⋅ 2 ⋅ 5 + 2 ⋅ π ⋅ 2 2 = 87,92 cm2 Por tanto, las áreas laterales coinciden pero las totales no. Sugerencias didácticas En este epígrafe los alumnos aprenderán a calcular el área lateral, el área total y el volumen de un cilindro recto. Es recomendable que los alumnos no aprendan las fórmu- las de memoria, el cálculo de las áreas lo plantearemos a partir del desarrollo plano del cilindro. El cálculo del volumen no presentará problemas, pero de- bemos insistir en la utilización correcta de las medidas de capacidad. También es recomendable que los alumnos realicen las actividades propuestas para superar los posibles inconve- nientes que pueden encontrarse, tanto gráficos como de cálculo numérico. 301 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 11 Calcula el volumen de estos cilindros. a) b) 15 cm 12 cm 10 cm 8 cm a) r = 7,5 cm → V = π ⋅ 7,52 ⋅ 12 = 2 119,5 cm3 b) h = 102 − 82 = 6 cm y r = 4 cm → V = π ⋅ 42 ⋅ 6 = 301,44 cm3 12 Averigua los litros de agua que caben en un depósito cilíndrico de 15 m de altura cuyo diámetro es de 10 m. r = 5 m → V = π ⋅ 52 ⋅ 15 = 1 177,5 m3 = 1 177 500 L 13 Halla el volumen del depósito de tinta de un bolígrafo que mide 11 cm de altura y 1 cm de diámetro. r = 0,5 cm → V = π ⋅ 0,52 ⋅ 11 = 8,64 cm3 14 Arturo va a pintar una pared con un rodillo. ¿Cuál es la superficie de pared que abarca- rá con cada vuelta completa del rodillo? La superficie de la pared que abarcará con cada vuelta del rodillo coincide con el área lateral del cilindro. r = 5 cm → AL = 2 ⋅ π ⋅ 5 ⋅ 25 = 785 cm 2 15 Un bote de refresco tiene una capacidad de 330 cm3. Si su diámetro mide 6,5 cm, ¿cuál es su altura? r = 3,25 cm → 330 = π ⋅ 3,252 ⋅ h → h = 9,95 cm 16 Calcula el área lateral de un cilindro si el diámetro de la base mide 14 cm y su altura es el triple que su radio. r = 7 cm → h = 21 cm → AL = 2 ⋅ π ⋅ 7 ⋅ 21 = 923,16 cm 2 17 Determina el radio de un cilindro si la longitud de la circunferencia de la base es de 62,8 dm. 62,8 = 2 ⋅ π ⋅ r → r = 10 dm 18 Un cilindro tiene un área total de 3 500 dm2. Si el radio de la base mide 17,5 dm, halla la altura del cilindro. 3 500 = 2 ⋅ π ⋅ 17,5 ⋅ h + 2 ⋅ π ⋅ 17,52 → h = 14,35 dm 19 La capacidad de un depósito cilíndrico es de 3 140 m3. ¿Cuánto mide su radio si tiene una altura de 10 m? 3 140 = π ⋅ r2 ⋅ h → r = 10 m 20 Calcula el diámetro de un cilindro de 10 m de altura si su volumen es de 1 000 m3. 1 000 = π ⋅ r2 ⋅ 10 → r = 5,64 m → d = 11,28 m Desafío 21 Una vela cilíndrica de 15 cm de altura y 6 cm de diámetro se consume a razón de 1 cm cada 40 min. ¿Cuál será el volumen de la parte de la vela que queda después de 4 h encendida? El volumen de la vela es: V = π ⋅ 32 ⋅ 15 = 423,9 cm3 Después de 4 h = 240 min, la altura del cilindro se habrá reducido: 240 : 40 = 6 cm Entonces la altura de la vela será: 15 − 6 = 9 cm Luego, su volumen será: V = π ⋅ 32 ⋅ 9 = 254,34 cm3 10 Cuerpos de revolución 302 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 3. Área y volumen de conos 189 10Actividades10 Cuerpos de revolución 188 Calcula el área lateral, el área total y el volumen de un cono recto de 18 cm de altura cuya base tiene 12 cm de diámetro. 22 Los radios de las bases de un tronco de cono recto de 5 dm de altura miden 1 dm y 2 dm, respectivamente. Calcula su área lateral, su área total y su volumen. 23 3. ÁREA Y VOLUMEN DE CONOS Sofía y su hermana se han comprado unos helados con forma de cono. ¿Cuál es la superficie que cubre el envoltorio de papel? ¿Qué volumen ocupa el helado en su interior? Al desenvolver el helado, podemos observar que la superficie lateral corresponde a un sector circular. ❚ El radio del sector tiene la longitud de la generatriz, g. ❚ La amplitud del ángulo que abarca el sector mide: 2πr ❚ Como el círculo completo abarca un ángulo de 2πg, el área lateral es: AL = πg 2 ⋅ 2πr 2πg = πrg ❚ La medida del envoltorio completo corresponde al área total formada por la del sector circular y la del círculo de la base: AT = πrg + πr 2 ❚ El volumen que puede contener el envoltorio del helado corresponde al volumen del cono recto, que, como ocurre con la pirámide, coincide con la tercera parte del volumen de un cilindro que tenga la misma base y la misma altura. ❚ El área lateral de un cono recto, AL, es el área del sector circular que forma su cara lateral. AL = πrg ❚ El área total de un cono recto, AT, es la suma del área lateral y el área de la base. AT = AL + Ab = πrg + πr 2 ❚ El volumen de un cono recto, V, es un tercio del producto del área de la base por la altura. V = Ab ⋅h 3 = πr 2 ⋅h 3 Área y volumen de los troncos de cono ❚ El área lateral de un tronco de cono recto, AL, se puede hallar calculando la diferencia entre las áreas laterales de los conos cuyas bases corresponden a las bases del tronco. ❚ El área total de un tronco de cono recto, AT, es la suma del área lateral y las áreas de las bases. ❚ El volumen de un tronco de cono recto, V, se puede calcular hallando la diferencia entre los volúmenes de los conos cuyas bases corresponden a las bases del tronco. r r g g h Aprenderás a… ● Deducir la forma más adecuada para obtener el área y el volumen de conos y troncos de cono. Podemos calcular el área de un sector circular con la fórmula: A = πr2 ⋅ α 360° donde r es la longitud del radio del círculo y α es la amplitud del ángulo que abarca el sector circular. Recuerda Presta atención Necesitamos el contenido de tres conos para completar la capacidad de un cilindro con la misma base y altura. Presta atención También podemos calcular el área lateral y el volumen del tronco de cono recto mediante las siguientes fórmulas: AL = π ⋅ (R + r) ⋅ g V = π ⋅ R2 + r2 + R ⋅ r( ) ⋅h 3 En el ejercicio resuelto: AL = π ⋅ (9 + 4) ⋅ 13 = 530,66 m 2 V = π ⋅ 92 + 42 + 9 ⋅ 4( ) ⋅12 3 = V = 1 670,48 m3 } Determina el área lateral, el área total y el volumen de un cono recto cuyo radio mide 4 cm si su altura es de 3 cm. Solución EJERCICIO RESUELTO } Calcula las áreas lateral y total, y el volumen de un tronco de cono recto de 12 m de altura si los radios de las bases miden 4 m y 9 m, respectivamente. Solución Para calcular el área lateral, hallamos la generatriz aplicando el teorema de Pitágoras: g = 52 + 122 = 13 m Observamos los triángulos determinados por las generatrices y los radios de las bases y comprobamos que están en posición de Tales. c 4 = c + 13 9 → 9c = 4c + 52 5c = 52 → c = 10,4 m Por tanto, la generatriz del cono mide: G = 13 + 10,4 = 23,4 m El área lateral es: AL = πRG − πrc = π ⋅ 9 ⋅ 23,4 − π ⋅ 4 ⋅ 10,4 = 530,66 m 2 El área total es: AT = AL + πR 2 + πr2 = 530,66 + π ⋅ 92 + π ⋅ 42 = 835,24 m2 Para hallar el volumen del tronco, consideramos los conos que tienen como bases las del tronco. Aplicando de nuevo el teorema de Pitágoras, obtenemos la altura de uno de los conos: h = 10,42 − 42 = 9,6 m Así, la altura del otro cono es: H = 12 + 9,6 = 21,6 m El volumen es: V = πR2 ⋅H 3 − πr2 ⋅h 3 = π ⋅92 ⋅21,6 3 − π ⋅ 42 ⋅9,6 3 = 1670,48 m3 EJERCICIO RESUELTO 4 m 12 m 9 m c g h G DESAFÍO Halla la medida de la altura de una tienda india, en forma de cono, sabiendo que el diámetro de la basemide 6 m y que se han utilizado 47,1 m2 de piel de venado para formar la cara lateral. 24 mac3e37 Sugerencias didácticas En este epígrafe los alumnos aprenderán a determinar el área lateral, el área total y el volumen de conos y troncos de cono rectos. Es imprescindible que el alumnado sea capaz de identificar y reconocer los elementos principales de los conos. El desarrollo plano, en los ejercicios que realicen, les será de gran utilidad para comprender cómo ha de calcularse el área lateral y el área total. Es importante que relacionen el volumen de un cono con un tercio del volumen de un cilindro que tenga la misma base y altura. Puede resultar complicado el aprendizaje del cálculo de áreas y volumen de un tronco de cono, para empezar de- bemos realizar alguna actividad en la que traten el tronco como diferencia de dos conos. El teorema de Tales nos permitirá relacionar la altura de un tronco con la altura del cono. Vídeo. ÁREA Y VOLUMEN DE UN CONO En el vídeo se resuelve, paso a paso, el ejercicio resuelto, indican- do cómo calcular el área lateral, el área total y el volumen de un cono recto. Puede reproducirse en clase como apoyo a la explicación del pro- cedimiento a seguir para resolver este tipo de ejercicios o como recurso para que los alumnos lo repasen. 303 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO Soluciones de las actividades 22 Calcula el área lateral, el área total y el volumen de un cono recto de 18 cm de altura cuya base tiene 12 cm de diámetro. g = 182 + 62 = 18,97 cm AL = π ⋅ 6 ⋅ 18,97 = 357,39 cm 2 AT = 357,39 + π ⋅ 6 2 = 470,43 cm2 V = π ⋅62 ⋅18 3 = 678,24 cm3 23 Los radios de las bases de un tronco de cono recto de 5 dm de altura miden 1 dm y 2 dm, respectivamente. Calcula su área lateral, su área total y su volumen. g = 52 + 12 = 5,1 dm AL = π ⋅ (2 + 1) ⋅ 5,1 = 48,04 dm 2 AT = 48,04 + π ⋅ 2 2 + π ⋅ 12 = 63,74 dm2 V = π ⋅ 22 + 12 + 2 ⋅1( ) ⋅5 3 = 36,63 dm3 Desafío 24 Halla la medida de la altura de una tienda india, en forma de cono, sabiendo que el diámetro de la base mide 6 m y que se han utilizado 47,1 m2 de piel de venado para formar la cara lateral. π ⋅ 3 ⋅ g = 47,1 → g = 5 m Como la altura, el radio y la generatriz forman un triángulo rectángulo: h = 52 − 32 = 4 m 10 Cuerpos de revolución 304 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 4. Esferas 191 10Actividades10 Cuerpos de revolución 190 Realiza un dibujo que represente cada afirmación referida a una esfera cuyo radio mide 5 cm. a) Un plano corta la esfera y determina dos semiesferas. b) La esfera tiene una zona esférica de 4 cm de altura. c) Un casquete esférico mide 4 cm de altura. d) La esfera tiene un huso esférico de 30º de amplitud. e) Una cuña esférica está determinada por un ángulo de 90º. Explica por qué son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. a) Dos puntos cualesquiera de una superficie esférica pertenecen siempre a una circunferencia máxima. b) Existe una circunferencia máxima que contiene tres puntos cualesquiera de una superficie esférica. 25 26 Halla la distancia entre dos puntos de una superficie esférica: a) Si el radio de la esfera mide 20 cm y las rectas que pasan por los puntos y por el centro de la esfera forman un ángulo de 10º. b) Si el diámetro de la esfera mide 10 cm y las rectas que pasan por los puntos y por el centro de la esfera forman un ángulo de 60º. c) Si el radio de la esfera mide 16 dm y las rectas que pasan por el centro de la esfera y por los puntos forman un ángulo de 25º. Un plano que corta a una esfera de 14 cm de radio dista 9 cm de su centro. a) ¿Cuál es la longitud del radio del círculo determinado por el corte del plano a la esfera? b) Calcula la altura del casquete esférico determinado por el corte del plano. 27 28 4. ESFERAS Elisa ha comprado un móvil para colocarlo en su terraza con la idea de que se mueva propulsado por el viento. Cuando giran las piezas con forma de semicírculo, parece que el móvil está formado por esferas de colores. Una esfera es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un semicírculo alrededor de un eje que contiene su diámetro. ❚ Una esfera tiene una sola cara, llamada superficie esférica. ❚ Todos los puntos de la superficie esférica equidistan de un punto fijo, denominado centro de la esfera. ❚ La distancia que separa los puntos de la superficie del centro recibe el nombre de radio de la esfera. Intersecciones de planos y esferas ❚ Corte de una esfera por un plano que pasa por su centro. Se obtiene un círculo máximo delimitado por una circunferencia máxima. Cada parte en las que queda dividida la esfera es una semiesfera. ❚ Corte de una esfera por un plano que no pasa por su centro. Se obtienen dos partes. Cada una de ellas es un casquete esférico. ❚ Corte de una esfera por dos planos paralelos. Se obtiene una zona esférica formada por la parte de la superficie esférica comprendida entre ambos planos. ❚ Corte de una esfera por dos planos secantes que pasan por su centro. Se obtiene dos partes. Cada una de ellas es una cuña esférica. El huso esférico es la parte de la superfie esférica que corresponde a una cuña esférica. Aprenderás a… ● Reconocer la esfera como cuerpo de revolución. ● Identificar las intersecciones que se obtienen al cortar una esfera por uno o más planos. Presta atención La esfera no tiene desarrollo plano. h r• } Calcula la distancia entre los puntos A y B de la superficie esférica si el radio de la esfera mide 4 m. Solución La distancia entre A y B es igual a la longitud del arco de la circunferencia máxima que los contiene, correspondiente al ángulo de 45º de amplitud: d (A, B ) = 2π ⋅ 4 ⋅ 45° 360° = 3,14 m EJERCICIO RESUELTO • • • A B O 45º Podemos calcular la longitud del arco de una circunferencia aplicando la fórmula: L = 2πr ⋅ α 360° donde r es la longitud del radio de la circunferencia, y α corresponde a la amplitud del ángulo que determina el arco. Recuerda El Atomium, símbolo de la Exposición Universal de Bruselas de 1958, es una estructura formada por esferas. Busca en Internet sus dimensiones y determina la longitud de las circunferencias máximas de cada esfera. 29 Investiga Soluciones de las actividades 25 Realiza un dibujo que represente cada afirmación referida a una esfera cuyo radio mide 5 cm. a) Un plano corta la esfera y determina dos semiesferas. b) La esfera tiene una zona esférica de 4 cm de altura. c) Un casquete esférico mide 4 cm de altura. d) La esfera tiene un huso esférico de 30º de amplitud. e) Una cuña esférica está determinada por un ángulo de 90º. Sugerencias didácticas Es importante que los alumnos reconozcan que la esfera no admite desarrollo plano. Deberán aprender a calcular la distancia entre dos puntos de la superficie esférica, no resultará difícil que entiendan que se trata de calcular la longitud de un arco de circunfe- rencia. También deben reconocer qué es una semiesfera, un cas- quete esférico, una zona esférica, una cuña y un huso es- férico. Debemos conseguir que sean capaces de expresar verbalmente cómo se obtienen. Será necesario utilizar el teorema de Pitágoras en el cálculo de secciones planas de una esfera. 305 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO a) c) e) 5 cm 4 cm 5 cm 90º b) d) 5 cm 4 cm 5 cm 30º 26 Explica por qué son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. a) Dos puntos cualesquiera de una superficie esférica pertenecen siempre a una circunferencia máxima. b) Existe una circunferencia máxima que contiene tres puntos cualesquiera de una superficie esférica. a) Verdadera, ya que la distancia más corta entre dos puntos es el arco de circunferencia máxima que pasa por ellos. b) Falsa, porque por tres puntos no alineados siemprees posible construir una circunferencia que pase por todos ellos pero no ha de ser siempre una circunferencia máxima de la esfera que los contiene. 27 Halla la distancia entre dos puntos de una superficie esférica: a) Si el radio de la esfera mide 20 cm y las rectas que pasan por los puntos y por el centro de la esfera forman un ángulo de 10º. b) Si el diámetro de la esfera mide 10 cm y las rectas que pasan por los puntos y por el centro de la esfera forman un ángulo de 60º. c) Si el radio de la esfera mide 16 dm y las rectas que pasan por el centro de la esfera y por los puntos forman un ángulo de 25º. a) d (A,B ) = 2π ⋅20 ⋅ 10º 360º = 3,49 cm b) d (A,B ) = 2π ⋅5 ⋅ 60º 360º = 5,23 cm c) d (A,B ) = 2π ⋅16 ⋅ 25º 360º = 6,98 dm 28 Un plano que corta a una esfera de 14 cm de radio dista 9 cm de su centro. a) ¿Cuál es la longitud del radio del círculo determinado por el corte del plano a la esfera? b) Calcula la altura del casquete esférico determinado por el corte del plano. a) El radio de la esfera, la distancia del centro de la esfera al plano y la longitud del radio del círculo generado por el corte forman un triángulo rectángulo. Así, aplicando el teorema de Pitágoras: r = 142 − 92 = 10,72 cm b) h = 14 − 9 = 5 cm Investiga 29 El Atomium, símbolo de la Exposición Universal de Bruselas de 1958, es una estructura formada por esferas. Busca en Internet sus dimensiones y determina la longitud de las circunferencias máximas de cada esfera. El diámetro de las esferas mide 18 m. Entonces la longitud de las circunferencias máximas mide: L = 2 ⋅ π ⋅ 9 = 56,52 m 10 Cuerpos de revolución 306 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 5. Área y volumen de esferas 193 10Actividades10 Cuerpos de revolución 192 El radio de una esfera mide 2 cm. Calcula su área y su volumen. Se sumerge una pelota de 22 cm de diámetro en un estanque y flota con la mitad de la superficie dentro del agua. a) Halla el volumen de la parte de la pelota que se encuentra sumergida. b) Calcula el área de la parte de la pelota que está fuera del agua. El área de un balón esférico mide 314 cm2. Averigua la longitud de su radio. El volumen de una esfera es de 113,04 m3. Determina la longitud de su diámetro. Calcula la cantidad de material plástico de cada color que se necesita para construir un balón como el de Manuel si cada franja tiene 4 cm de altura. 30 31 32 33 34 Dos planos pasan por el centro de una esfera y forman un ángulo de 90º. Si el radio de la esfera mide 8 cm, halla: a) El área del huso esférico determinado por los planos. b) El volumen de la cuña esférica correspondiente a este huso. ¿Qué relación existe entre el volumen de una esfera de radio a y el de otra esfera de radio 3a? El radio de la base de un cilindro recto mide 6 m, y su altura, 8 m. Calcula la longitud del radio de la esfera que tiene el mismo volumen que este cilindro. 35 36 37 5. ÁREA Y VOLUMEN DE ESFERAS Arquímedes de Siracusa (ca. 287-212 a. C.), físico, ingeniero y matemático griego, inventor de la polea, la rueda dentada o la palanca, dedicó dos de sus libros a la relación que existe entre los cuerpos de revolución: el cilindro, el cono y la esfera. Arquímedes demostró que el área de una esfera es igual al cuádruple del área de su círculo máximo. Para ello, imaginó la esfera dentro de un cilindro cuya altura y cuyo diámetro coincidiesen con el de la esfera. Entonces: Aesfera = AL = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ 2r = 4πr 2 De igual forma, el área de un casquete esférico y de una zona esférica coinciden con el área lateral de un cilindro con la misma altura y el mismo diámetro. •h r hr• Acasquete esférico = 2πrh Azona esférica = 2πrh El área de una esfera de radio r es: A = 4πr2 Para determinar el volumen de la esfera, Arquímedes demostró que el volumen de una semiesfera coincide con el de un cilindro con la misma altura y el mismo diámetro al que se le resta el volumen de un cono con las mismas dimensiones. • • • • r r r r r Vsemiesfera = Vcilindro = Vcono = πr 2 ⋅ r − πr2 ⋅ r 3 = 2 3 πr3 Así pues, el volumen de la esfera es el doble: Vesfera = 2 ⋅ 2 3 πr3 = 4 3 πr3 El volumen de una esfera de radio r es: V = 4 3 πr 3 • r2r Aprenderás a… ● Deducir la forma más adecuada para hallar el área y el volumen de esferas y cuerpos esféricos. } Dos planos secantes que forman un ángulo de 30º cortan una esfera cuyo radio mide 5 cm y pasan por su centro. Calcula: a) El volumen de la cuña esférica determinada por estos planos. b) El área del huso esférico correspondiente a esta cuña. Solución a) El volumen de la cuña esférica es proporcional al volumen de la esfera. V = Vesfera ⋅ 30º 360º = 4 3 π ⋅53 ⋅ 30º 360º = 43,61cm3 b) Del mismo modo, el área del huso esférico es proporcional al área de la esfera. A = Aesfera ⋅ 30º 360º = 4π ⋅52 ⋅ 30º 360º = 26,17 cm3 EJERCICIO RESUELTO Responde razonadamente: a) Si un cubo y una esfera tienen el mismo volumen, ¿cuál de ellos tiene menor área? b) Si un cubo y una esfera tienen la misma área, ¿cuál de ellos tiene menor volumen? 38 Investiga Soluciones de las actividades 30 El radio de una esfera mide 2 cm. Calcula su área y su volumen. A = 4 ⋅ π ⋅ 22 = 50,24 cm2 V = 4 3 ⋅ π ⋅23 = 33,49 cm3 31 Se sumerge una pelota de 22 cm de diámetro en un estanque y flota con la mitad de la superficie dentro del agua. a) Halla el volumen de la parte de la pelota que se encuentra sumergida. b) Calcula el área de la parte de la pelota que está fuera del agua. a) Vsemiesfera = 1 2 ⋅ 4 3 ⋅ π ⋅113 = 2786,22 cm3 b) Asemiesfera = 2 ⋅ π ⋅ 11 2 = 759,88 cm2 Sugerencias didácticas Presentaremos a los alumnos la demostración del área de una esfera razonando que coincide con el área lateral del cilindro circunscrito a ella y con altura de igual longitud que el diámetro. Es importante que entiendan de la misma forma cómo ha de calcularse el área de un casquete y de una zona esférica, coincidiendo de la misma forma con el cilindro con la altura correspondiente. La obtención del volumen de la esfera podemos ilustrarla con el dibujo de la semiesfera, el cilindro y el cono con las mismas dimensiones de radio y altura. Para que resulte sencilla la comprensión de cómo ha de calcularse el volumen de una cuña esférica y la obtención del área de un huso esférico se propone realizar el ejercicio resuelto. 307 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 32 El área de un balón esférico mide 314 cm2. Averigua la longitud de su radio. 314 = 4 ⋅ π ⋅ r2 → r = 5 cm 33 El volumen de una esfera es de 113,04 m3. Determina la longitud de su diámetro. 113,4 = 4 3 ⋅ π ⋅ r3 → r = 3 m El diámetro mide 6 m. 34 Calcula la cantidad de material plástico de cada color que se necesita para construir un balón como el de Manuel si cada franja tiene 4 cm de altura. Como las franjas tienen la misma altura, el área de los casquetes esféricos y de las zonas esféricas coincide: A = 2 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ 12 ⋅ 4 = 602,88 cm2 Se necesitan 602,88 cm2 de material de cada color. 35 Dos planos pasan por el centro de una esfera y forman un ángulo de 90º. Si el radio de la esfera mide 8 cm, halla: a) El área del huso esférico determinado por los planos. b) El volumen de la cuña esférica correspondiente a este huso. a) A = 4 ⋅ π ⋅82 ⋅ 90º 360º = 200,96 cm2 b) V = 4 3 ⋅ π ⋅83 ⋅ 90º 360º = 535,89 cm3 36 ¿Qué relación existe entre el volumen de una esfera de radio a y el de otra esfera de radio 3a? V1 = 4 3 ⋅ π ⋅ a3 V2 = 4 3 ⋅ π ⋅ (3a )3 = 4 3 ⋅ π ⋅27a3 = 27 ⋅ 4 3 ⋅ π ⋅ a3 = 27V1 El volumen de la esfera de radio 3a es 27 veces el de la de radio a. 37 El radio de la base de un cilindro recto mide 6 m, y su altura, 8 m. Calcula la longitud del radio de la esfera que tiene el mismo volumen que este cilindro. V = π ⋅ 62 ⋅ 8 = 904,32 m3 904,32 = 4 3 ⋅ π ⋅ r3 → r = 6 m Investiga 38 Responde razonadamente: a) Si un cubo y unaesfera tienen el mismo volumen, ¿cuál de ellos tiene menor área? b) Si un cubo y una esfera tienen la misma área, ¿cuál de ellos tiene menor volumen? a) La esfera tiene menor área. b) El cubo tiene menor volumen. 10 Cuerpos de revolución 308 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 6. Composición de cuerpos de revolución 195 10Actividades10 Cuerpos de revolución 194 Halla el área y el volumen de cada figura. a) • •2 cm 2 cm 2 cm 4 cm b) •3 m 2 m Calcula el área del tapón cuyas medidas aparecen a continuación. 39 40 Halla el área del cristal de este tubo de ensayo. Calcula el volumen que puede contener. Una fábrica de perfumes dispone de frascos como el de la figura. Halla el volumen de cada envase. Un juguete está formado por dos conos unidos por la base. ¿Cuál es su volumen? 41 42 43 6. COMPOSICIÓN DE CUERPOS DE REVOLUCIÓN Un tentetieso es un juguete infantil. Puede estar formado por una semiesfera o un casquete esférico en la parte inferior, que contiene una pieza pesada en su interior que actúa como contrapeso. Así, al modificar su posición de equilibrio estable, siempre vuelve a su posición inicial. Simón y Erica quieren construir un tentetieso con un material de plástico flexible. ¿Qué cantidad de material necesitarán? ¿Cuál es el volumen que podría contener? El área y el volumen de un cuerpo compuesto por dos o más cuerpos de revolución se hallan sumando las áreas y los volúmenes de los cuerpos que lo forman. Aprenderás a… ● Obtener el área y el volumen de cuerpos compuestos por cuerpos de revolución. } Una arandela de acero forma parte de un mecanismo. Calcula el volumen de la pieza representada. Solución La pieza está compuesta por un cilindro de cuyo interior se ha eliminado un cilindro con un radio menor; por tanto: V = Vcilindro exterior − Vcilindro interior = V = π ⋅ 52 ⋅ 5 − π ⋅ 3,52 ⋅ 5 = V = 125 π − 61,25 π = V = 63,75π = 200,18 cm3 EJERCICIO RESUELTO 5 cm 10 cm7 cm • DESAFÍO Crea tu propio tentetieso. Para ello, puedes utilizar una pelota de tenis, una cartulina, un tornillo con dos tuercas y cola blanca. Primero corta la pelota por la mitad e introduce el tornillo con las tuercas enroscadas en la parte de abajo y centrado. Después rellena con la cola blanca hasta cubrir las tuercas (no es necesario llenar toda la semiesfera). Espera 24 horas, tiempo aproximado para que el contrapeso quede fijo. Con cartulina, construye un cilindro cuya base coincida con el círculo máximo de la semiesfera, así como un cono cuyo radio sea 1 cm mayor que el del cilindro. Pega los tres cuerpos y adorna el juguete a tu gusto. 44 mac3e38 Soluciones de las actividades 39 Halla el área y el volumen de cada figura. a) b) • •2 cm 2 cm 2 cm 4 cm •3 m 2 m a) g = 22 + 22 = 2,83 cm b) A = 2 ⋅ π ⋅52 + 2 ⋅ π ⋅22 + π ⋅ 52 − 22( ) = 248,06 m2 A = 2 ⋅ π ⋅ 2 ⋅ 2,83 + 2 ⋅ π ⋅ 2 ⋅ 4 = 85,78 cm2 V = 1 2 ⋅ 4 3 ⋅ π ⋅53 + 1 2 ⋅ 4 3 ⋅ π ⋅23 = 278,41 m3 V = 2 ⋅ π ⋅22 ⋅2 3 + π ⋅22 ⋅ 4 = 66,99 cm3 Sugerencias didácticas En este epígrafe se pondrán en práctica los conocimientos adquiridos en los anteriores. Los alumnos suelen desarrollar una actitud muy positiva cuando les proponemos activida- des en las que deban observar figuras para su descomposi- ción en otras más pequeñas. En el ejercicio de la sección Desafío se propone a los alum- nos la construcción real de un cuerpo compuesto utilizando materiales sencillos. La manipulación del tentetieso pro- puesto puede ayudar a una mejor comprensión de los ejer- cicios propuestos. Vídeo. ÁREA Y VOLUMEN DE UN CUERPO DE REVOLUCIÓN COMPUESTO En el vídeo se resuelve, paso a paso, el cálculo del área y del volu- men del cuerpo compuesto del ejemplo. Puede reproducirse en clase como apoyo a la explicación del pro- cedimiento a seguir para resolver este tipo de ejercicios o como recurso para que los alumnos lo repasen. 309 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 43 Un juguete está formado por dos conos unidos por la base. ¿Cuál es su volumen? Si h1 y h2 son las alturas de los conos: h1 + h2 = 3 2 + 42 = 5 cm Por semejanza de triángulos: h1 3 = 3 5 → h1 = 1,8 cm h2 4 = 4 5 → h2 = 3,2 cm ⎧ ⎨ ⎪⎪⎪⎪⎪ ⎩ ⎪⎪⎪⎪⎪ Entonces: r1 = 3 2 −1,82 = 2,4 cm = r2 = 4 2 − 3,22 = 2,4 cm V = π ⋅2,42 ⋅1,8 3 + π ⋅2,42 ⋅3,2 3 = 30,14 cm3 42 Una fábrica de perfumes dispone de frascos como el de la figura. Halla el volumen de cada envase. V = π ⋅32 ⋅12− π ⋅32 ⋅ 4 3 = 301,44 cm3 41 Halla el área del cristal de este tubo de ensayo. Calcula el volumen que puede contener. A = 2 ⋅ π ⋅ 3 ⋅ 12 + 2 ⋅ π ⋅ 32 = 282,6 cm2 V = π ⋅32 ⋅12 + 1 2 ⋅ 4 3 ⋅ π ⋅33 = 395,64 cm3 40 Calcula el área del tapón cuyas medidas aparecen a continuación. A = π ⋅ 42 + 2 ⋅ π ⋅ 4 ⋅8 + π ⋅ 62 − 42( ) + 2 ⋅ π ⋅6 ⋅6 + π ⋅62 = = 653,12 cm2 10 Cuerpos de revolución 310 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 7. La esfera terrestre 197 10Actividades10 Cuerpos de revolución 196 Halla el área de cada uno de los husos horarios de la Tierra y expresa el resultado en notación científica. Determina la diferencia horaria existente entre dos ciudades situadas sobre dos meridianos que forman un ángulo de 120º. Fíjate en el mapa de husos horarios e indica qué hora será en estas ciudades cuando en Greenwich sean las 8 h. a) Helsinki c) El Cairo e) Bombay b) Río de Janeiro d) Londres f) Bangkok Un avión tarda 17 h y 30 min en realizar un vuelo desde Madrid a Manila, en Filipinas. Si sale a las 6 h del aeropuerto de Barajas (Madrid), ¿qué hora será en la ciudad de destino cuando aterrice? Un vuelo de Valencia a Nueva York dura 8 h y 15 min. Si el avión sale a las 14 h, ¿a qué hora aterrizará en el aeropuerto JFK (Nueva York)? Considera la Tierra como una esfera perfecta y calcula el área y el volumen del planeta sabiendo que el radio mide 6 371 km, aproximadamente. Expresa los resultados en notación científica. Justifica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Todos los paralelos son circunferencias máximas. b) Todos los meridianos son circunferencias máximas. c) El ecuador no tiene su centro en el centro de la esfera terrestre. d) Un huso horario es la parte de la superficie terrestre comprendida entre dos paralelos. e) La zona es una parte de la superficie comprendida entre dos paralelos. 45 46 47 48 49 50 51 7. LA ESFERA TERRESTRE La Tierra es un planeta cuya forma se aproxima a la de una esfera, que realiza un doble giro: por un lado, describe un movimiento de traslación alrededor del Sol y, por otro, un movimiento de rotación alrededor de un eje imaginario inclinado unos 23,5º respecto a la órbita del Sol, donde están definidos los puntos llamados polo norte y polo sur. La esfera terrestre es una maqueta tridimensional en la que aparecen representadas las zonas de tierra, los mares y los accidentes geográficos del planeta Tierra. Elementos de la esfera terrestre ❚ El eje terrestre es una recta imaginaria sobre la que gira la Tierra. Los extremos de este eje se llaman polos: son el polo norte y el polo sur. ❚ Los paralelos son circunferencias determinadas por los planos perpendiculares al eje terrestre. ❚ La zona es la parte de la superficie terrestre comprendida entre dos paralelos. ❚ El ecuador es una circunferencia de 6 371 km de radio, la de mayor radio sobre la esfera terrestre, que divide a la Tierra en dos hemisferios: el hemisferio norte y el hemisferio sur. ❚ Los meridianos son semicircunferencias máximas, cuyos extremos están situados en los polos. ❚ El meridiano de Greenwich es el meridiano que pasa por el antiguo observatorio de la localidad inglesa del mismo nombre, también denominado meridiano 0. Divide a la Tierra en dos hemisferios: el hemisferio oriental y el hemisferio occidental. ❚ Un antimeridiano es un arco opuesto a un meridiano que completacon él una circunferencia máxima. ❚ Un huso es una parte de la superficie terrestre comprendida entre dos meridianos. Aprenderás a… ● Reconocer los elementos de la esfera terrestre. En tu vida diaria Desde la antigüedad se ha tratado de perfeccionar la disposición de las regiones y accidentes geográficos en la esfera terrestre. Los avances que han tenido lugar en la cartografía han permitido el desarrollo de los transportes, la meteorología o la localización vía satélite. En tu vida diaria • Un día es el período de tiempo que transcurre desde que el Sol está sobre el meridiano de un lugar hasta que vuelve a situarse en la misma posición. Por lo tanto, todos los puntos de un meridiano tienen la misma hora solar. • Para establecer el sistema horario, se toma como referencia el meridiano 0. Los relojes indican las 12 h cuando el Sol pasa por este meridiano. Los puntos que se encuentran en los husos situados hacia el oeste marcan, sucesivamente, una hora menos, mientras que los que se encuentran en los husos hacia el este marcan una hora más, también sucesivamente. } Para unificar los horarios de los distintos territorios de la Tierra, la superficie se ha dividido en 24 husos horarios, según el giro que da el planeta en una hora alrededor de su eje. Calcula la amplitud de cada huso horario. Solución Cada 24 horas, la Tierra gira 360º sobre su eje; por tanto, un huso horario tiene una amplitud de: 360º : 24 = 15º La Tierra gira 15º cada hora alrededor de su eje. EJERCICIO RESUELTO Busca en Internet qué es y qué representa una esfera armilar.52 Investiga Soluciones de las actividades 45 Halla el área de cada uno de los husos horarios de la Tierra y expresa el resultado en notación científica. Cada huso horario tiene una amplitud de 15º y el radio de la Tierra es de 6 371 km. La superficie de cada huso mide: A = 4 ⋅ π ⋅63712 ⋅ 15º 360º = 21241912,12 km2 = 2,12 ⋅ 107 km2 46 Determina la diferencia horaria existente entre dos ciudades situadas sobre dos meridianos que forman un ángulo de 120º. Como cada huso horario tiene una amplitud de 15º, el número de husos entre las dos ciudades es: 120º : 15º = 8 Por tanto, tienen su diferencia horaria es de 8 h. Sugerencias didácticas Es el momento de poner en práctica los conocimientos ad- quiridos de la geografía terrestre en otras asignaturas. Los alumnos reconocerán la importancia que tienen las mate- máticas en otras disciplinas. Las definiciones de los elementos de la esfera terrestre no presentarán ninguna dificultad, debemos hacer hincapié en el correcto cálculo de la amplitud de un huso horario. Será del interés del alumnado las actividades propuestas que hacen referencia a las diferencias horarias. 311 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 47 Fíjate en el mapa de husos horarios e indica qué hora será en estas ciudades cuando en Greenwich sean las 8 h. a) Helsinki c) El Cairo e) Bombay b) Río de Janeiro d) Londres f) Bangkok a) Las 9 h c) Las 10 h e) Las 13 h b) Las 5h d) Las 8 h f) Las 15 h 48 Un avión tarda 17 h y 30 min en realizar un vuelo desde Madrid a Manila, en Filipinas. Si sale a las 6 h del aeropuerto de Barajas (Madrid), ¿qué hora será en la ciudad de destino cuando aterrice? Como hay 7 h de diferencia horaria: 6 h + 17 h 30 min + 7 h = 6 h 30 min del día siguiente 49 Un vuelo de Valencia a Nueva York dura 8 h y 15 min. Si el avión sale a las 14 h, ¿a qué hora aterrizará en el aeropuerto JFK (Nueva York)? Como hay 6 h de diferencia horaria: 14 h + 8 h 15 min − 6 h = 16 h 15 min 50 Considera la Tierra como una esfera perfecta y calcula el área y el volumen del planeta sabiendo que el radio mide 6 371 km, aproximadamente. Expresa los resultados en notación científica. A = 4 ⋅ π ⋅ 6 3712 = 5,098 ⋅ 108 km2 V = 4 3 ⋅ π ⋅63713 = 1,083 ⋅ 1012 km3 51 Justifica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Todos los paralelos son circunferencias máximas. b) Todos los meridianos son circunferencias máximas. c) El ecuador no tiene su centro en el centro de la esfera terrestre. d) Un huso horario es la parte de la superficie terrestre comprendida entre dos paralelos. e) La zona es una parte de la superficie comprendida entre dos paralelos. a) Falsa, ya que están determinados por planos que son perpendiculares al eje terrestre. b) Verdadera, los meridianos son circunferencias máximas que pasan por los polos. c) Falsa, porque el ecuador es una circunferencia máxima y su centro es el centro de la Tierra. d) Falsa, puesto que un huso es la parte de la superficie terrestre comprendida entre dos meridianos. e) Verdadera Investiga 52 Busca en Internet qué es y qué representa una esfera armilar. Una esfera armilar es un modelo de la esfera terrestre utilizado para mostrar el movimiento aparente de las estrellas alre- dedor de la Tierra o el Sol. La esfera armilar está construida sobre un esqueleto de círculos graduados mostrando el ecuador, la eclíptica, los meridia- nos y los paralelos terrestres. 10 Cuerpos de revolución 312 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 8. Coordenadas geográficas Soluciones de las actividades 53 Halla la latitud de todos los puntos de la superficie terrestre situados en el ecuador. Todos los puntos del ecuador tienen latitud 0º. 54 Indica cuál es la longitud de todos los lugares situados en el antimeridiano de Greenwich. Todos estos puntos del ecuador son de longitud 180º. 55 ¿Cuál es la latitud del polo norte? ¿Y la del polo sur? La latitud del polo norte es 90º N. Y la del polo sur es 90º S. 56 Indica la coordenada geográfica que comparten dos puntos situados sobre el mismo paralelo. Comparten la misma latitud. 57 ¿Qué coordenada geográfica tienen dos lugares situados en el mismo meridiano? Tienen la misma longitud. Sugerencias didácticas Para definir las coordenadas geográficas dibujaremos un punto en la esfera terrestre e indicaremos los elementos que intervienen: el meridiano 0, el ecuador, y los ángulos. Será conveniente que expliquemos la similitud que existe con la representación de un punto en el plano cartesiano. Los cálculos de distancias entre puntos del mismo meridia- no no presentarán dificultad dado que el problema consiste en calcular la medida de arcos en una circunferencia. Para calcular distancias entre puntos del mismo paralelo tendremos en cuenta que solo podrán hacerlo, por no ha- ber estudiado aún trigonometría, con puntos que pertenez- can al paralelo de latitud 45º dado que el triángulo que se forma es rectángulo e isósceles. Es muy conveniente realizar los dos ejercicios resueltos de la sección. 199 10Actividades10 Cuerpos de revolución 198 } Halla la distancia entre dos puntos, A(20º O, 45º N) y B(20º O, 55º N), situados en el mismo meridiano. Solución • • • A B La amplitud del arco entre los dos puntos es: 55º − 45º = 10º La distancia sobre la superficie terrestre entre A y B es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 10º de amplitud y cuyo radio es, aproximadamente, el radio de la Tierra: d (A, B ) = 2π ⋅6371⋅ 10° 360° = 1 111,39 km EJERCICIO RESUELTO } Halla la distancia entre dos puntos, A(10º E, 45º N) y B(20º E, 45º N), situados en el mismo paralelo. Solución • • • A B La amplitud del arco entre los dos puntos es: 20º − 10º = 10º La distancia sobre la superficie terrestre entre A y B es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 10º de amplitud y cuyo radio, r, es el del paralelo 45º. Observamos que, al estar los puntos en este paralelo, la distancia del centro de la Tierra al centro de la circunferencia del casquete también es r; en consecuencia: r2 + r2 = 6 3712 → r = 4 504,98 km Luego: d (A, B ) = 2π ⋅ 4504,98 ⋅ 10° 360° = 785,87 km EJERCICIO RESUELTO Halla la latitud de todos los puntos de la superficie terrestre situados en el ecuador. Indica cuál es la longitud de todos los lugaressituados en el antimeridiano de Greenwich. ¿Cuál es la latitud del polo norte? ¿Y la del polo sur? Indica la coordenada geográfica que comparten dos puntos situados sobre el mismo paralelo. ¿Qué coordenada geográfica tienen dos lugares situados en el mismo meridiano? 53 54 55 56 57 Determina la distancia que separa dos pueblos, P y Q, cuyas coordenadas geográficas son: P(10º E, 40º N) y Q(10º E, 10º S) 58 Calcula la distancia al ecuador desde Badajoz sobre el meridiano de la ciudad si sus coordenadas geográficas son: (7º O, 39º N) 59 Halla la distancia que separa dos ciudades, P y Q, cuyas coordenadas geográficas son: P(15º E, 45º S) y Q(30º E, 45º S) Dos puntos, M y N, situados sobre el ecuador tienen por longitud 15º E y 45º O, respectivamente. Averigua la distancia que hay entre ellos. 60 61 8. COORDENADAS GEOGRÁFICAS Un globo terráqueo es una representación de la esfera terrestre que permite, por ejemplo, situar lugares geográficos y calcular la distancia entre ellos. Salvo en los polos, por cada punto de la Tierra pasan un paralelo y un meridiano. Así, cualquier punto de la Tierra queda determinado por el meridiano y el paralelo que pasan por él. Para localizar un lugar en la esfera terrestre se usan dos coordenadas geográficas: la longitud y la latitud. • • A Latitud Ecuador Longitud Meridiano cero ❚ La longitud de un punto sobre la superficie terrestre es la amplitud del ángulo formado por el plano que contiene el meridiano que pasa por dicho punto y el plano que contiene el meridiano 0 o meridiano de Greenwich. Su valor varía de 0º a 180º y hay que añadirle O si está al oeste del meridiano 0 y E si se encuentra al este. ❚ La latitud de un punto sobre la superficie terrestre es la amplitud del arco determinado por el plano que contiene el ecuador y el radio que une dicho punto con el centro de la esfera terrestre. Su valor varía de 0º a 90º y hay que añadirle N si está al norte del ecuador y S si se encuentra al sur. Aprenderás a… ● Utilizar las coordenadas geográficas para hallar distancias entre dos puntos de la esfera terrestre. ● Describir localizaciones de lugares de la Tierra. En tu vida diaria El antimeridiano del meridiano de Greenwich es el meridiano 180º y coincide con la línea internacional de cambio de fecha. Esta es una línea imaginaria trazada sobre el océano Pacífico que cruza el estrecho de Bering entre Alaska y Siberia. } Observa el dibujo e indica las coordenadas geográficas del punto P sobre la superficie terrestre. Solución El punto P está situado 50º hacia el este del meridiano 0 y 45º hacia el norte del ecuador; por consiguiente, sus coordenadas son: P(50º E, 45º N) EJERCICIO RESUELTO Busca en Internet qué lugares son y qué latitud tienen todos los puntos que pertenecen a estos paralelos. a) Círculo polar ártico b) Círculo polar antártico c) Trópico de Cáncer d) Trópico de Capricornio 62 Investiga 313 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 58 Determina la distancia que separa dos pueblos, P y Q, cuyas coordenadas geográficas son: P(10º E, 40º N) y Q(10º E, 10º S) La amplitud del arco entre los dos puntos es: 40º + 10º = 50º La distancia sobre la superficie terrestre entre P y Q es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 50º de amplitud y cuyo radio es el radio de la Tierra: d (P ,Q ) = 2 ⋅ π ⋅6371⋅ 50º 360º = 5556,93 km 59 Calcula la distancia al ecuador desde Badajoz sobre el meridiano de la ciudad si sus coordenadas geográficas son: (7º O, 39º N) La amplitud del arco entre Badajoz y el ecuador es: 39º La distancia es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 39º de amplitud y cuyo radio es el radio de la Tierra: 2 ⋅ π ⋅6371⋅ 39º 360º = 4 334,404 km 60 Halla la distancia que separa dos ciudades, P y Q, cuyas coordenadas geográficas son: P(15º E, 45º S) y Q(30º E, 45º S) La amplitud del arco entre los dos puntos es: 30º − 15º = 15º La distancia sobre la superficie terrestre entre P y Q es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 15º de amplitud y cuyo radio, r, es el del paralelo 45º S. Al estar los puntos en este paralelo, la distancia del centro de la Tierra al centro de la circunferencia del casquete también es r; por tanto: r2 + r2 = 6 3712 → r = 4 504,98 km Entonces: d (P ,Q ) = 2 ⋅ π ⋅ 4504,98 ⋅ 15º 360º = 1178,803 km 61 Dos puntos, M y N, situados sobre el ecuador tienen por longitud 15º E y 45º O, respectivamente. Averigua la distancia que hay entre ellos. La amplitud del arco entre los dos puntos es: 15º + 45º = 60º La distancia es la longitud del arco correspondiente a un sector circular de 60º de amplitud y cuyo radio es el radio de la Tierra: d (M ,N ) = 2 ⋅ π ⋅6371⋅ 60º 360º = 6668,31 km Investiga 62 Busca en Internet qué lugares son y qué latitud tienen todos los puntos que pertenecen a estos paralelos. a) Círculo polar ártico b) Círculo polar antártico c) Trópico de Cáncer d) Trópico de Capricornio a) Es uno de los cinco paralelos principales terrestres, señala la región ártica del planeta, en la que se encuentra el Polo Norte. Todos sus puntos tienen latitud: 66º 33’ 45” N b) Es uno de los cinco paralelos principales de la Tierra, indica la zona ocupada por la Antártida y en él se halla el Polo Sur. Todos su puntos tienen latitud: 66° 33’ 45” S c) Es uno de los paralelos del planeta, está ubicado en el hemisferio norte y señala el límite septentrional de la zona intertropical. Todos sus puntos tienen latitud: 23º 26’ 15” N d) Es otro de los paralelos principales de la Tierra, se encuentra en el hemisferio sur y señala el límite meridional de la zona intertropical. Todos sus puntos están situados actualmente a una latitud de: 23º 26’ 15” S 10 Cuerpos de revolución 314 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO Sugerencias didácticas En esta sección se destacan los conceptos y procedimientos más importantes que los alumnos deben haber aprendido al ter- minar esta unidad. En este momento, los alumnos deben ser capaces de: ❚❚ Calcular áreas y volúmenes de cilindros realizando su desarrollo plano. ❚❚ Dibujar correctamente los elementos de un cono, su desarrollo plano y determinar su área y volumen. ❚❚ Hallar áreas y volúmenes de troncos de cono y dibujar su desarrollo plano. ❚❚ Calcular áreas y volúmenes de esferas. Actividades finales Soluciones de las actividades 63 Los lados de un rectángulo miden 3 cm y 7 cm, respectivamente. a) Determina las dimensiones del cilindro que genera el rectángulo si se hace que gire sobre un eje que contiene el lado más largo. b) Halla el volumen del cilindro del apartado anterior. a) La altura del cilindro medirá 7 cm y el radio de la base medirá 3 cm. b) V = π ⋅ 32 ⋅ 7 = 197,82 cm3 ¿Qué tienes que saber? 200 201 ¿QUÉ10 tienes que saber? Actividades Finales 10 Conos y troncos de cono. Áreas y volúmenes Un cono es generado al hacer girar el triángulo de la figura alrededor del cateto mayor. Halla el área lateral, el área total y el volumen del cono. La generatriz y el diámetro de la base de un cono recto miden 12 cm. Halla su área lateral, su área total y su volumen. Calcula la altura de un cono cuyo volumen es de 2 198 cm3 si el radio de la base mide 10 cm. Para confeccionar un gorro de brujo con forma de cono, Arturo ha utilizado 2 106,94 cm2 de cartulina negra. Averigua la longitud del diámetro de la base del gorro y su altura sabiendo que la generatriz mide 61 cm. La altura de un tronco de cono es de 12 cm, y los diámetros de sus bases miden 18 cm y 14 cm, respectivamente. Halla: a) Su área lateral. b) Su área total. c) Su volumen. Determina la capacidad de una champanera de acero inoxidable que mide 28 cm de altura y cuya base y boca tienen un diámetro, respectivamente, de 18 cm y 26 cm. Julián utiliza un cubo para recoger la leche cada mañana. ¿Qué cantidad de leche recoge cadavez que llena el cubo? Calcula el volumen de un cono de 10 cm de altura y 6 cm de radio. Halla el volumen del tronco de cono que se obtiene al cortar el cono anterior por un plano paralelo a la base a 4 cm de distancia del vértice. 71 72 73 74 75 76 77 78 Cilindros. Áreas y volúmenes Los lados de un rectángulo miden 3 cm y 7 cm, respectivamente. a) Determina las dimensiones del cilindro que genera el rectángulo si se hace que gire sobre un eje que contiene el lado más largo. b) Halla el volumen del cilindro del apartado anterior. Dibuja un cilindro de 8 cm de altura y 6 cm de diámetro. Realiza su desarrollo y calcula: a) El área lateral. b) El área total. c) El volumen. Halla el área lateral, el área total y el volumen del cilindro dibujado. 10 cm 30 cm El área lateral de un cilindro de 12 cm de altura mide 301,44 cm2. Halla la longitud de los radios de sus bases. En una bodega hay un depósito cilíndrico de 10 m de altura. Calcula la longitud de los radios de sus bases sabiendo que tiene una capacidad de 785 m3. ¿Cuántos litros de agua puede contener un bidón de 1,20 m de altura si los diámetros de sus bases miden 60 cm? Calcula el área total y el volumen de un cilindro si la suma de su radio y de su altura es de 40 cm, y la diferencia, de 12 cm. Elisa y su madre han comprado la tela para confeccionar un cojín. Determina cuánto han pagado por la tela. 63 64 65 66 67 68 69 70 Calcula el área lateral, el área total y el volumen de un cilindro cuyo radio mide 8 cm y que tiene una altura de 24 cm. 24 cm 8 cm 8 cm Área lateral: AL = 2 ⋅ π ⋅ 8 ⋅ 24 = 1 205,76 cm 2 Área total: AT = 1 205,76 + 2 ⋅ π ⋅ 8 2 = 1 205,76 + 401,92 = 1 607,68 cm2 Volumen: V = π ⋅ 82 ⋅ 24 = 4 823,04 cm3 CilindrosTen en cuenta Un cilindro recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un rectángulo sobre un eje paralelo a uno de sus lados. ❚ Área lateral: AL = L ⋅ h = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h ❚ Área total: AT = AL + 2Ab = = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h + 2 ⋅ π ⋅ r2 ❚ Volumen: V = Ab ⋅ h = π ⋅ r 2 ⋅ h Halla el área lateral, el área total y el volumen del tronco de cono recto del dibujo. 1,5 dm 2 dm 6 dm 2,5 dm 7,5 dm4,5 dm Área lateral: AL = πRG − πrg = π ⋅ 6 ⋅ 7,5 − π ⋅ 2 ⋅ 2,5 = 125,6 dm 2 Área total: AT = AL + πR 2 + πr2 = 125,6 + π ⋅ 62 + π ⋅ 22 = 251,2 dm2 Volumen:V = πR2 ⋅H 3 − πr2 ⋅h 3 = π ⋅62 ⋅ 4,5 3 − π ⋅22 ⋅1,5 3 = 163,28 dm3 Conos y troncos de conoTen en cuenta Un cono recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un triángulo rectángulo sobre un eje que contiene uno de sus catetos. ❚ Área lateral: AL = πrg ❚ Área total: AT = AL + Ab = πrg + πr 2 ❚ Volumen: V = Ab ⋅h 3 = πr 2 ⋅h 3 Un tronco de cono recto es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un trapecio rectángulo sobre un eje que contiene el lado perpendicular a sus bases. Calcula el área y el volumen de una esfera cuyo radio mide 8 cm. Área: A = 4πr2 = 4 ⋅ π ⋅ 82 = 803,84 cm2 Volumen:V = 4 3 πr3 = 4 3 ⋅ π ⋅83 = 2 143,57 cm3 EsferasTen en cuenta Una esfera es un cuerpo de revolución que se obtiene cuando se hace girar un semicírculo alrededor de un eje que contiene su diámetro. ❚ Área: A = 4πr2 ❚ Volumen: V = 4 3 πr 3 8 cm• 28 cm 46 cm 315 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 64 Dibuja un cilindro de 8 cm de altura y 6 cm de diámetro. Realiza su desarrollo y calcula: a) El área lateral. b) El área total. c) El volumen. a) AL = 2 ⋅ π ⋅ 3 ⋅ 8 = 150,72 cm 2 b) AT = 150,72 + 2 ⋅ π ⋅ 3 2 = 207,24 cm2 c) V = π ⋅ 32 ⋅ 8 = 226,08 cm3 65 Halla el área lateral, el área total y el volumen del cilindro dibujado. 10 cm 30 cm AL = 2 ⋅ π ⋅ 5 ⋅ 30 = 942 cm 2 AT = 942 + 2 ⋅ π ⋅ 5 2 = 1 099 cm2 V = π ⋅ 52 ⋅ 30 = 2 355 cm3 66 El área lateral de un cilindro de 12 cm de altura mide 301,44 cm2. Halla la longitud de los radios de sus bases. 301,44 = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ 12 → r = 4 cm 67 En una bodega hay un depósito cilíndrico de 10 m de altura. Calcula la longitud de los radios de sus bases sabiendo que tiene una capacidad de 785 m3. 785 = π ⋅ r2 ⋅ 10 → r = 5 m 68 ¿Cuántos litros de agua puede contener un bidón de 1,20 m de altura si los diámetros de sus bases miden 60 cm? V = π ⋅ 32 ⋅ 12 = 339,12 dm3 = 339,12 L 69 Calcula el área total y el volumen de un cilindro si la suma de su radio y de su altura es de 40 cm, y la diferencia, de 12 cm. r + h = 40 r − h = 12 ⎫ ⎬ ⎪⎪ ⎭⎪⎪ → 2r = 52 → r = 26 → h = 14 AT = 2 ⋅ π ⋅ 26 ⋅ 14 + 2 ⋅ π ⋅ 26 2 = 6 531,2 cm2 V = π ⋅ 262 ⋅ 14 = 29 716,96 cm3 70 Elisa y su madre han comprado la tela para confeccionar un cojín. Determina cuánto han pagado por la tela. La cantidad de tela necesaria es el área total de un cilindro más los 500 cm2 para las costuras: 2 ⋅ π ⋅ 12 ⋅ 50 + 2 ⋅ π ⋅ 122 + 500 = 5 172,32 cm2 Como cada metro cuadrado cuesta 10 €, Elisa y su madre han pagado: 0,517 ⋅ 10 = 5,17 € 71 Un cono es generado al hacer girar el triángulo de la figura alrededor del cateto mayor. Halla el área lateral, el área total y el volumen del cono. g = 462 + 282 = 53,85 cm AL = π ⋅ 28 ⋅ 53,85 = 4 734,49 cm 2 AT = 4 734,49 + π ⋅ 28 2 = 7 196,25 cm2 V = π ⋅282 ⋅ 46 3 = 37746,99 cm3 28 cm 46 cm 10 Cuerpos de revolución 316 Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 72 La generatriz y el diámetro de la base de un cono recto miden 12 cm. Halla su área lateral, su área total y su volumen. AL = π ⋅ 6 ⋅ 12 = 226,08 cm 2 AT = 226,08 + π ⋅ 6 2 = 339,12 cm2 h = 122 − 62 = 10,39 cm V = π ⋅62 ⋅10,39 3 = 391,5 cm3 73 Calcula la altura de un cono cuyo volumen es de 2 198 cm3 si el radio de la base mide 10 cm. 2198 = π ⋅102 ⋅h 3 → h = 21 cm 74 Para confeccionar un gorro de brujo con forma de cono, Arturo ha utilizado 2 106,94 cm2 de cartulina negra. Averigua la longitud del diámetro de la base del gorro y su altura sabiendo que la generatriz mide 61 cm. 2 106,94 = π ⋅ r ⋅ 61 → r = 11 cm → El diámetro mide 22 cm. h = 612 −112 = 60 cm 75 La altura de un tronco de cono es de 12 cm, y los diámetros de sus bases miden 18 cm y 14 cm, respectivamente. Halla: a) Su área lateral. b) Su área total. c) Su volumen. a) g = 122 + 22 = 12,17 cm c) V = π ⋅ 92 + 72 + 9 ⋅7( ) ⋅12 3 = 2024,08 cm3 AL = π ⋅ (9 + 7) ⋅ 12,17 = 611,42 cm 2 b) AT = 611,42 + π ⋅ 9 2 + π ⋅ 72 = 1 019,62 cm2 76 Determina la capacidad de una champanera de acero inoxidable que mide 28 cm de altura y cuya base y boca tienen un diámetro, respectivamente, de 18 cm y 26 cm. V = π ⋅ 132 + 92 + 13 ⋅9( ) ⋅28 3 = 10755,55 cm3 La champanera puede contener 10,75 L. 77 Julián utiliza un cubo para recoger la leche cada mañana. ¿Qué cantidad de leche recoge cada vez que llena el cubo? Para hallar los radios de las bases: 20π = 2 ⋅ π ⋅ r → r = 10 cm 30π = 2 ⋅ π ⋅ R → R = 15 cm La altura del cubo mide: h = 302 −52 = 29,58 cm V = π ⋅ 152 + 102 + 15 ⋅10( ) ⋅29,58 3 = 14706,19 cm3 En cada cubo recoge 14,7 L. 78 Calcula el volumen de un cono de 10 cm de altura y 6 cm de radio. Halla el volumen del tronco de cono que se obtiene al cortar el cono anterior por un plano paralelo a la base a 4 cm de distancia del vértice. V = π ⋅62 ⋅10 3 = 376,8 cm3 La altura del tronco de cono que se obtiene mide: h = 10 − 4 = 6 cm Como los triángulos generados al cortar el cono están en posición de Tales: 4 r = 10 6 → r = 2,4 cm El volumen del tronco de cono es: V = 376,8− π ⋅2,42 ⋅ 4 3 = 352,68 cm3 317 10Cuerpos de revolución Unidades didácticas Matemáticas orientadas a las enseñanzas académicas 3.º ESO 79 Dibuja una esfera, una semiesfera y una cuña esférica. a) ¿Cuántos ejes de giro tiene cada uno de los cuerpos dibujados? b) ¿Cuántos planos de simetría poseen estos cuerpos? a) La esfera tiene infinitos ejes de giro que pasan por su centro. La semiesfera solo tiene un eje de giro que es perpendi- cular a la base y pasa por su centro. La cuña esférica
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