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Área de superficie de sólidos simples
La medición es una rama de las matemáticas que se ocupa de la medición de la longitud, el área y el volumen de varias formas geométricas. En esta lección, nos vamos a centrar en entender el concepto de área de superficie de sólidos simples. Los sólidos simples incluyen formas como cubos, paralelepípedos, esferas, cilindros y conos. Las superficies de estos sólidos pueden ser planas o curvas. El área de superficie de estos sólidos se forma al sumar todas las áreas de sus superficies.
Entendiendo el área de superficie
El área de superficie de un objeto sólido se define como el área total ocupada por la superficie de ese objeto. Se mide en unidades cuadradas como centímetro cuadrado (cm 2
), metro cuadrado (m 2
), etc. Es importante entender que el área de superficie es diferente del volumen. Mientras que el volumen mide el espacio dentro de un sólido, el área de superficie mide el espacio en la superficie de un sólido.
Área de superficie de un cubo
Un cubo es una figura sólida que tiene seis caras cuadradas iguales. Consideremos cada cara del cubo. Si cada lado del cubo es s, entonces el área de una cara es s × s = s 2
. Dado que el cubo tiene 6 caras, el área de superficie total (TSA)
es:
TSA = 6 × s 2
Ejemplo 1: Cubo
Supongamos que el lado de un cubo es de 4 cm. El área de superficie del cubo será:
TSA = 6 × 4 2 = 6 × 16 = 96 cm 2
Área de superficie de un paralelepípedo
Un paralelepípedo es un objeto sólido de forma rectangular que tiene seis caras rectangulares. A diferencia de un cubo, sus caras pueden tener diferentes áreas. Si la longitud, el ancho y la altura de un paralelepípedo son l, b y h respectivamente, el área de superficie del paralelepípedo se da por:
TSA = 2(lb + bh + hl)
Ejemplo 2: Paralelepípedo
Una piscina tiene 10 m de largo, 5 m de ancho y 3 m de profundidad. ¿Cuál es el área de superficie total de la piscina?
TSA = 2(10 × 5 + 5 × 3 + 3 × 10) = 2(50 + 15 + 30) = 2 × 95 = 190 m 2
Área de superficie de un cilindro
Un cilindro es una figura geométrica sólida que tiene lados paralelos rectos y una sección transversal circular u ovalada. La superficie de un cilindro tiene dos bases circulares y un lado curvo. Si r es el radio de la base y h es la altura del cilindro, entonces el área de superficie curva (CSA) y el área de superficie total (TSA) se calculan como:
CSA = 2πrh TSA = 2πr(r + h)
Ejemplo 3: Cilindro
Una lata de sopa tiene una altura de 12 cm y un radio de 3 cm. Calcula tanto el área de superficie curva como el área de superficie total de la lata.
Área de superficie curva:
CSA = 2π × 3 × 12 = 72π ≈ 226.2 cm 2
Área de superficie total:
TSA = 2π × 3 × (3 + 12) = 2π × 3 × 15 = 90π ≈ 282.6 cm 2
Área de superficie de un cono
Un cono es una figura geométrica tridimensional que se estrecha suavemente desde una base plana hasta un punto llamado vértice. El área de superficie de un cono está compuesta por una base circular y una superficie curva. Si r es el radio de la base, y l es la altura inclinada del cono, el área de superficie se da por:
CSA = πrl TSA = πr(r + l)
Ejemplo 4: Cono
Un cono de tráfico tiene un radio de base de 5 cm y una altura inclinada de 13 cm. Calcula el área de superficie curva y el área de superficie total.
Área de superficie curva:
CSA = π × 5 × 13 = 65π ≈ 204.2 cm 2
Área de superficie total:
TSA = π × 5 × (5 + 13) = π × 5 × 18 = 90π ≈ 282.6 cm 2
Área de superficie de una esfera
Una esfera es un objeto geométrico perfectamente redondo en un espacio tridimensional, con forma de bola redonda. El área de superficie de una esfera depende de su radio. Si r es el radio de la esfera, la fórmula para el área de superficie es:
SA = 4πr 2
Ejemplo 5: Esfera
El diámetro de un balón de baloncesto es de 24 cm. Encuentra el área de superficie del balón de baloncesto.
Primero, encuentra el radio:
r = diámetro/2 = 24/2 = 12 cm
Ahora calcula el área de superficie:
SA = 4π × (12) 2 = 4π × 144 = 576π ≈ 1808.6 cm 2
Resumen y conclusión
Entender las áreas de superficie de sólidos simples es importante porque ayuda a resolver problemas del mundo real, desde envolver regalos correctamente hasta diseñar varios contenedores y estructuras. Recuerda estos puntos clave:
- Un cubo tiene seis caras cuadradas iguales. Su área de superficie total es
6s 2
. - Un paralelepípedo tiene caras rectangulares, y su área de superficie total es
2(lb + bh + hl)
. - El área de superficie curva de un cilindro es
2πrh
, y su área de superficie total es2πr(r + h)
. - El área de superficie curva de un cono es
πrl
, y su área de superficie total esπr(r + l)
. - El área de superficie de una esfera es
4πr 2
.
Al entender y utilizar estas fórmulas, puedes determinar rápidamente el área de superficie de estos sólidos simples para fines prácticos.