Cone

Em geometria, o cone é um sólido geométrico obtido quando se tem uma pirâmide cuja base é um polígono regular, o número de lados da base tende ao infinito e a medida de lado do polígono tende a zero.

Classificação

Os cones podem ser divididos em:

Reto;
Oblíquo;
Equilátero.

Reto

O cone é dito reto quando a sua base é um círculo e a reta que liga o vértice superior ao centro da circunferência da sua base (isto é, o seu eixo) é perpendicular ao plano da base. Em um cone circular reto, cuja base é um círculo, a face lateral é formada por geratrizes (g), que são linhas retas que ligam o vértice superior a pontos constituintes da circunferência do círculo. O conjunto desses pontos, ou seja, a totalidade da circunferência, tem o nome de diretriz, porque é a direção que as geratrizes tomam para criar a superfície cônica. Pode-se dizer também que o cone é gerado por um triângulo retângulo que roda sobre um eixo formado por um dos catetos, no caso de ser um cone reto.

Oblíquo

Denomina-se oblíquo quando não é um cone reto, ou seja, quando o eixo não é perpendicular ao plano da base.

Equilátero

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.

Cone de um espaço vetorial

Um subconjunto C do espaço vetorial E chama-se um cone quando, para todo elemento v pertencente a C e todo t > 0 real, tem-se que tv pertence a C.

Fórmulas

O volume, ${\textstyle V}$ , de um cone de altura, ${\textstyle h}$ , e base com raio, ${\textstyle r}$ , é ${\textstyle 1/3}$ do volume do cilindro com as mesmas dimensões, ou seja:

$V={\frac {1}{3}}\pi r^{2}h$

O centro de massa (considerando que o cone possui densidade uniforme) está localizado no seu eixo a ${\textstyle 1/4}$ da distância da base ao eixo. A área da superfície de um cone ${\textstyle A}$ é dada por:

$A=\pi r(r+g)$

onde, ${\textstyle g={\sqrt {r^{2}+h^{2}}}}$ é a geratriz ou altura lateral do cone. O primeiro termo nesta fórmula, ${\textstyle \pi r^{2}}$ é a área da base, enquanto que o segundo termo ${\textstyle \pi rg}$ é a área lateral. Ou seja, a área total é a área lateral mais a área da base:

_{$A=\pi r\cdot g+\pi r^{2}$}

Com uso de cálculo integral

Aqui, obteremos as fórmulas do volume e área total do cone usando de técnicas de cálculo diferencial e integral. Um cone de altura ${\textstyle h}$ e raio ${\textstyle r}$ corresponde ao sólido de revolução que se obtém ao rotacionar a função:

$y={\frac {r}{h}}x$

em torno do eixo ${\textstyle x}$ .

Volume

Notemos que a área da seção circular do cone é dada por:

$A=\pi y^{2}=\pi \left({\frac {r}{h}}x\right)^{2}$

Para um deslocamento infinitesimal ${\textstyle dx}$ tem-se o incremento de volume:

$dV=\pi {\frac {r^{2}}{h^{2}}}x^{2}dx$

Então, integrando de ${\textstyle 0}$ a ${\textstyle h}$ obtemos o volume do cone:

$\int _{0}^{h}dV=\pi {\frac {r^{2}}{h^{2}}}\int _{0}^{h}x^{2}dx\Rightarrow V={\frac {1}{3}}\pi r^{2}h$

Área total

O cálculo da área de superfície total do cone se divide em duas partes: o cálculo da área da base e o cálculo da área lateral. A base é um círculo de área:

$A_{b}=\pi r^{2}$

Agora, para obtermos a área da superfície lateral, vamos empregar um raciocínio semelhante ao do cálculo do volume. Primeiramente, observamos que um deslocamento infinitesimal ${\textstyle dx}$ corresponde a um deslocamento de comprimento de linha ${\textstyle dL}$ sobre a reta ${\textstyle y={\frac {r}{h}}x}$ . Pelo Teorema de Pitágoras temos que $(dL)^{2}=(dy)^{2}+(dx)^{2}$ , ou seja:

$dL={\sqrt {\left({\frac {dy}{dx}}\right)^{2}+1}}\,dx$

Considerando a rotação do segmento ${\textstyle dL}$ em torno do eixo ${\textstyle x}$ , temos que o incremento de área lateral infinitesimal é dada por: