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Prismas

Bases, seções e relações métricas

Distinga altura, aresta lateral e geometria da base antes de escolher a fórmula.

Definição rigorosa e elementos

Nesta aula consideramos prismas convexos. Um prisma resulta da translação de uma região poligonal plana segundo um vetor não paralelo ao plano dessa região.

Equivalentemente, possui duas regiões poligonais congruentes em planos paralelos distintos, chamadas bases. Vértices correspondentes são ligados por arestas laterais paralelas e congruentes; as faces laterais são paralelogramos. O sólido inclui interior, faces, arestas e vértices, e a base tem ao menos três lados.

A distância perpendicular entre os planos das bases é a altura h. Aresta lateral, diagonal da base, diagonal facial, diagonal espacial e seção transversal são elementos distintos.

Elementos de um prisma oblíquoPrisma pentagonal oblíquo com bases inferior e superior, aresta lateral g, altura perpendicular h, marca de ângulo reto e arestas ocultas tracejadas.ghbase inferiorbase superiorface lateral
A marca de ângulo reto define a altura; a perspectiva não prova perpendicularidade. Figura sem escala.

Prisma reto, oblíquo e regular

TipoCondiçãoRelação métrica
RetoArestas laterais perpendiculares às bases.g=h.
OblíquoArestas laterais não perpendiculares.h=g·senα; propriamente oblíquo: g>h.
RegularPrisma reto com bases regulares.Não confunda lado ou apótema da base com h.

α é o ângulo agudo da aresta lateral com o plano da base, com 0°<α≤90°.

Comparação entre prisma reto e oblíquoNo prisma reto a aresta lateral g coincide com h. No oblíquo, h é a projeção perpendicular de g e h igual a g seno de alfa.h=gretohgαh=g·senα
No oblíquo, a aresta inclinada não substitui a distância perpendicular. Figura sem escala.

Nomenclatura e contagem

O nome vem da base: triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal ou n-gonal. Para base n-gonal, n≥3:

N_v=2n    N_a=3n    N_f=n+2

São 2n vértices; 2n arestas das bases mais n laterais; e n faces laterais mais duas bases. Euler confirma:

2n−3n+(n+2)=2

Área da base

A_b é a área de uma base; P_b, seu perímetro. Use a fórmula que corresponde aos dados e não suponha regularidade.

BaseÁrea
Triângulobh_t/2, Heron ou outra fórmula compatível.
Equilátero de lado ℓℓ²√3/4
Quadrado / retânguloℓ² / ab
Losangod₁d₂/2
Hexágono regular3√3ℓ²/2
Polígono regularP_b·ap/2=nℓ²/[4tan(π/n)]

Áreas do prisma reto

Se os lados da base medem a₁,…,a_n, cada face lateral é um retângulo de altura h:

A_L=a₁h+⋯+a_nh=(a₁+⋯+a_n)h=P_bh

Para a superfície fechada:

A_T=A_L+2A_b=P_bh+2A_b

Em embalagem aberta, some apenas as faces existentes.

Área lateral do prisma oblíquo

As faces laterais são paralelogramos, e suas alturas próprias não precisam coincidir com h. Se o lado correspondente mede a_i, a aresta lateral mede g e o ângulo entre essas direções é β_i:

A_i=a_i g·senβ_i    A_L=Σa_i g·senβ_i

Uma seção reta é feita por plano perpendicular às arestas laterais. Se seu perímetro é P_r, então A_L=gP_r. Não troque P_r por P_b.

Volume e Princípio de Cavalieri

V=A_bh

A fórmula vale para prismas retos e oblíquos: A_b é a área de uma base e h a distância perpendicular entre os planos das bases. Dimensionalmente, área × comprimento = volume; cm²·cm=cm³.

Cavalieri: se dois sólidos ficam entre os mesmos planos paralelos e todas as seções em alturas correspondentes, por planos paralelos às bases, têm áreas iguais, então seus volumes são iguais. Num prisma, toda seção paralela interna é congruente à base e tem área constante A_b; assim, um reto e um oblíquo de mesma área de base e altura têm mesmo volume.

Seções planas

CorteResultado
Paralelo às basesPolígono congruente à base; área constante.
Perpendicular às arestas lateraisSeção reta; no oblíquo, seu perímetro pode determinar A_L.
Plano oblíquoForma depende da posição do plano.
“Diagonal”Só tem significado após indicar pontos ou arestas que definem o plano.
Prisma

Seções paralelas à base são congruentes e têm área constante.

Pirâmide

Seções paralelas são semelhantes à base e variam com a altura.

Diagonais

Diagonal da base fica numa base; diagonal facial fica numa face lateral; diagonal espacial liga vértices que não pertencem à mesma face. Num prisma reto, se uma diagonal adequada da base mede d_b:

D=√(d_b²+h²)

A fórmula exige o triângulo retângulo formado por d_b,h,D. √(a²+b²+h²) é específica do paralelepípedo reto-retângulo.

Contagem combinatória

Num prisma convexo n-gonal, as diagonais contidas nas faces somam n(n−1): duas bases contribuem n(n−3) e as faces laterais, 2n. As diagonais espaciais são n(n−3). Logo:

D_faces=n(n−1)   D_espaciais=n(n−3)   D_total=2n(n−2)

No prisma triangular, n(n−3)=0: ele não possui diagonais espaciais segundo essa definição.

Planificações

No prisma reto, a faixa lateral tem n retângulos de altura h, com larguras na ordem dos lados da base, e duas bases congruentes. A rede deve fechar sem sobreposição. No oblíquo, as faces laterais são paralelogramos.

Planificação triangular válida e falsaÀ esquerda, três retângulos de altura h e larguras a, c e b, com duas bases triangulares congruentes. À direita, uma falsa rede cuja largura x não coincide com o lado correspondente.acbhválidax≠binválida: largura incompatível
Um mesmo prisma admite várias redes válidas; todas preservam as arestas correspondentes.

Unidades, capacidade e escalas

ConversãoIgualdade
Capacidade1 dm³=1 L; 1 cm³=1 mL
Litro1 L=1000 cm³
Metro cúbico1 m³=1000 L=100³ cm³=1 000 000 cm³

Conversões cúbicas não seguem o fator linear. Se todas as medidas multiplicam por k>0, perímetros multiplicam por k, áreas por e volumes por . Razão linear 2:3 dá áreas 4:9 e volumes 8:27.

Sólidos vazados e espessura

Se as seções externa e interna são constantes ao longo do mesmo comprimento h, a cavidade está inteiramente contida e as unidades são compatíveis:

V_material=(A_externa−A_interna)h

Não subtraia dimensões no lugar das áreas: para retângulos ab e cd, a diferença correta é ab−cd, não (a−c)(b−d).

Erros que derrubam pontos

  • Usar a aresta lateral como altura no oblíquo ou aplicar A_L=P_bh a qualquer prisma.
  • Contar apenas uma base na área total fechada ou somar área com volume.
  • Aplicar fórmula de paralelepípedo a base não retangular.
  • Supor que toda seção seja congruente à base; isso vale para cortes paralelos.
  • Usar fórmula de polígono regular sem demonstrar regularidade.
  • Confundir apótema da base com altura do prisma.
  • Converter para cm³ multiplicando só por 100.
  • Calcular vazado subtraindo medidas lineares ou inferir relações pelo desenho.

Exemplos resolvidos

1. Prisma triangular reto

Base de lados 13, 14 e 15; volume 1008.

s=21 e, por Heron, A_b=√(21·8·7·6)=84.

h=1008/84=12; P_b=42.

A_L=504 e A_T=504+168=672.

2. Hexagonal regular

Lado 4, altura 6.

A_b=24√3, P_b=24.

A_L=144, A_T=144+48√3, V=144√3.

3. Prisma oblíquo

A_b=30,g=10,α=60°.

h=10·sen60°=5√3.

V=150√3. Esses dados não determinam a área lateral.

4. Base losangular

Diagonais 6 e 8; altura 12.

A_b=24. Semidiagonais 3 e 4 dão lado 5 e P_b=20.

A_L=240, A_T=288, V=288.

5. Prisma pentagonal

n=5.

10 vértices, 15 arestas e 7 faces.

20 diagonais nas faces, 10 espaciais e 30 no total.

6. Peça vazada

Seções 12×10 cm e 10×8 cm; comprimento 50 cm.

A_e=120 cm², A_i=80 cm².

V_material=(120−80)·50=2000 cm³.

Exercícios

Fácil

1. Um prisma regular é:

A) Qualquer prisma com bases congruentes.B) Um prisma oblíquo de base regular.C) Um prisma reto de bases regulares.D) Um prisma com faces laterais quadradas.
Difícil

2. Um prisma n-gonal possui 24 vértices. Faces, arestas e diagonais espaciais são:

A) 12, 24 e 108B) 14, 24 e 96C) 14, 36 e 96D) 14, 36 e 108
Difícil

3. Base triangular de lados 13, 14 e 15, volume 1008. A área total do prisma reto é:

A) 672B) 588C) 504D) 1176
Difícil

4. Prisma reto de base losangular, diagonais 10 e 24 e área lateral 520. O volume é:

A) 520B) 1200C) 1300D) 2400
Difícil

5. Prisma hexagonal regular com volume 96√3 e altura 4. Sua área total é:

A) 48+96√3B) 96+24√3C) 96+48√3D) 192+48√3
Médio

6. Prisma oblíquo com A_b=30,g=10,α=60°. O volume é:

A) 150B) 300C) 300√3D) 150√3
Médio

7. Conhecem-se A_b,h e g de um prisma oblíquo. Sua área lateral:

A) É sempre P_bh.B) Não fica determinada por esses dados.C) É sempre A_bg.D) É igual ao volume.
Médio

8. Qual enunciado expressa corretamente Cavalieri?

A) Sólidos entre os mesmos planos, com áreas de seções correspondentes iguais, têm volumes iguais.B) Sólidos de mesma altura sempre têm volumes iguais.C) Bases congruentes bastam para volumes iguais.D) Todo prisma oblíquo tem volume menor que o reto.
Médio

9. Prismas semelhantes têm volumes na razão 125:216. As razões linear e de áreas são:

A) 25:36 e 5:6B) 125:216 e 25:36C) 5:6 e 25:36D) 5:6 e 125:216
Médio

10. Seção externa 12×10 cm, interna 10×8 cm e comprimento 50 cm. O material ocupa:

A) 400 cm³B) 1000 cm³C) 1600 cm³D) 2000 cm³
Médio

11. Prisma reto de base quadrada de lado 6 e altura 8. A diagonal espacial é:

A) 10B) 2√34C) 4√13D) 14
Médio

12. Quantas diagonais espaciais possui um prisma triangular?

A) 0B) 3C) 6D) 9

Gabarito comentado:

1-C: regular significa reto com bases poligonais regulares.

2-D: 2n=24⇒n=12; N_f=14,N_a=36 e diagonais espaciais 12·9=108.

3-A: Heron dá A_b=84, altura 12 e A_T=42·12+168=672.

4-B: o lado do losango é 13, P_b=52, h=10, A_b=120 e V=1200.

5-C: do volume, ℓ=4; A_L=96 e as bases somam 48√3.

6-D: h=10·sen60°=5√3; V=150√3.

7-B: faltam direções das faces, ângulos β_i ou a seção reta.

8-A: a igualdade das áreas de todas as seções correspondentes é a hipótese decisiva.

9-C: raiz cúbica dá 5:6; ao quadrado, 25:36.

10-D: (120−80)·50=2000 cm³.

11-B: D²=6²+6²+8²=136, logo D=2√34.

12-A: n(n−3)=3·0=0.

Resumo final

HipóteseFórmula
Qualquer prismaV=A_bh
Prisma retoA_L=P_bh
Prisma reto fechadoA_T=P_bh+2A_b
Oblíquo com seção retaA_L=gP_r
Aresta a ângulo α da baseh=g·senα
Diagonal de prisma retoD=√(d_b²+h²)
Alertas: h é perpendicular às bases; no oblíquo, g não substitui h; use cada fórmula somente sob suas hipóteses e não infira medidas pelo desenho.