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5.2 Volúmenes de sólidos - Método de rebanadas (1)

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VOLÚMENES DE SÓLIDOS
ING. MARIO LÓPEZ
MÉTODO DE LAS REBANADAS
𝑦
𝑑𝑉
𝑑𝑉 = 𝐴 π‘₯ 𝑑π‘₯
𝑉
𝑑π‘₯
𝑏
𝑉 = ΰΆ± 𝐴 π‘₯ 𝑑π‘₯
𝐴(π‘₯)
π‘Ž
π‘₯
π‘Ž
𝑏
π‘₯
EJEMPLO 1
Calcular el volumen de una pirámide de base cuadrada, de lado 𝑏, y altura β„Ž.
β„Ž
𝑏
EJEMPLO 1 CONTINUACIÓN…
Ubicando la pirámide en el plano cartesiano.
β„Ž
𝑦
1
𝑦=−
𝑏
𝑏
2
βˆ†π‘¦
−
−
𝑦 = π‘šπ‘₯ + 𝑐
𝑦=
𝑏
2
π‘₯
βˆ†π‘₯
𝑏
2
𝑏
𝑏
π‘₯+
2β„Ž
2
Recta
β„Ž
βˆ†π‘¦
βˆ†π‘₯
𝑏
𝑦= β„Ž π‘₯+
2
1
𝑦=−
𝑧
𝑑π‘₯
𝑏
2
𝑏
−2
𝑏
2
𝐴(π‘₯)
π‘₯+
𝑏
𝑏
π‘₯+
2β„Ž
2
EJEMPLO 1 CONTINUACIÓN…
𝑏
𝑏
𝑦=− π‘₯+
2β„Ž
2
2
Lado del cuadrado
3
Área transversal
𝑙 = 2𝑦
𝐴(π‘₯) = 𝑙 2
𝑏
𝑏
𝑙=2 − π‘₯+
2β„Ž
2
𝑏
𝐴(π‘₯) = 𝑏 − π‘₯
β„Ž
𝑏
𝑏
𝑙= − π‘₯+
β„Ž
1
= 𝑏2 − 2
𝑏
𝑙= 𝑏− π‘₯
β„Ž
𝐴 π‘₯
2
𝑏2
𝑏2 2
π‘₯+ 2π‘₯
β„Ž
β„Ž
EJEMPLO 1 CONTINUACIÓN…
2
2
𝑏
𝑏
𝐴 π‘₯ = 𝑏2 − 2 π‘₯ + 2 π‘₯ 2
β„Ž
β„Ž
4
Volumen
𝑉=
2
2
𝑏
𝑏
𝑏 2 β„Ž − β„Ž2 + 2 β„Ž3 − 0
β„Ž
3β„Ž
𝑏
𝑉 = ΰΆ± 𝐴 π‘₯ 𝑑π‘₯
2
𝑏
𝑉 = 𝑏2β„Ž − 𝑏2β„Ž + β„Ž
3
π‘Ž
β„Ž
𝑉=ΰΆ±
0
2
2
𝑏
𝑏
𝑏 2 − 2 π‘₯ + 2 π‘₯ 2 𝑑π‘₯
β„Ž
β„Ž
2
𝑉=
𝑏2π‘₯ − 2
2
2
3 β„Ž
𝑏 π‘₯
𝑏 π‘₯
+
β„Ž 2 β„Ž2 3 0
𝑉=
1 2
𝑏 β„Ž
3
β„Ž
β„Ž
2
2
𝑏
𝑏
𝑉 = 𝑏2π‘₯ − π‘₯ 2 + 2 π‘₯ 3
β„Ž
3β„Ž
0
𝑏
𝑏
EJEMPLO 2
Calcular el área de la cuña que se muestra en la figura.
π‘Ž
πœƒ
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
𝑦
Usando cortes transversales triangulares.
1
Circunferencia
π‘₯ 2 + 𝑧 2 = π‘Ž2
−π‘Ž
π‘₯
β„Ž π‘Ž
−π‘Ž
πœƒ
π‘₯
Base del triángulo
𝑑𝑧
π‘Ž
π‘₯ = ± π‘Ž2 − 𝑧 2
β„Ž
𝑧
2
πœƒ
π‘₯
π‘₯=
π‘Ž2 − 𝑧 2
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
𝑦
3
Altura del triángulo
β„Ž
tan πœƒ =
π‘₯
β„Ž
πœƒ
β„Ž = π‘₯ tan πœƒ
π‘₯
Como
β„Ž=
−π‘Ž
β„Ž π‘Ž
−π‘Ž
πœƒ
π‘₯
π‘Ž
𝑧
𝑑𝑧
π‘₯
4
π‘₯=
π‘Ž2 − 𝑧 2
π‘Ž2 − 𝑧 2 tan πœƒ
Área del triángulo
𝐴 = π΅π‘Žπ‘ π‘’ π΄π‘™π‘‘π‘’π‘Ÿπ‘Ž /2
( π‘Ž2 − 𝑧 2 )( π‘Ž2 − 𝑧 2 tan πœƒ )
𝐴=
2
(π‘Ž2 − 𝑧 2 ) tan πœƒ
𝐴(𝑧) =
2
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
5
Volumen de la cuña
π‘Ž
𝑉 = tan πœƒ ΰΆ± π‘Ž2 − 𝑧 2 𝑑𝑧
𝑏
𝑉 = ΰΆ± 𝐴 𝑧 𝑑𝑧
0
π‘Ž
π‘Ž
𝑧3
2
𝑉 = tan πœƒ π‘Ž 𝑧 −
3 0
(π‘Ž2 − 𝑧 2 ) tan πœƒ
𝐴(𝑧) =
2
π‘Ž
(π‘Ž2 − 𝑧 2 ) tan πœƒ
𝑉=ΰΆ±
𝑑𝑧
2
−π‘Ž
π‘Ž
𝑉
(π‘Ž2 − 𝑧 2 ) tan πœƒ
=ΰΆ±
𝑑𝑧
2
2
0
π‘Ž
(π‘Ž2 − 𝑧 2 ) tan πœƒ
0
2
𝑉 = 2ΰΆ±
𝑑𝑧
𝑉 = tan πœƒ
3
π‘Ž
π‘Ž2 π‘Ž −
− (0)
3
3
π‘Ž
𝑉 = tan πœƒ π‘Ž3 −
3
2 3
𝑉 = π‘Ž tan πœƒ
3
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
𝑦
Usando cortes transversales rectangulares.
1
Circunferencia
π‘₯ 2 + 𝑧 2 = π‘Ž2
−π‘Ž
πœƒ
π‘₯
π‘Ž
π‘₯
β„Ž π‘Ž
−π‘Ž
𝑑π‘₯
2𝑧
β„Ž
𝑧
2
𝑧
πœƒ
π‘₯
Media base del rectángulo
𝑧 = ± π‘Ž2 − π‘₯ 2
𝑧=
π‘Ž2 − π‘₯ 2
𝑧=
𝑦
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
π‘Ž2 − π‘₯ 2
3
β„Ž
tan πœƒ =
π‘₯
β„Ž
πœƒ
β„Ž = π‘₯ tan πœƒ
π‘₯
4
−π‘Ž
β„Ž
−π‘Ž
πœƒ
π‘₯
π‘Ž
Área del rectángulo
𝐴 = π΅π‘Žπ‘ π‘’ π΄π‘™π‘‘π‘’π‘Ÿπ‘Ž
π‘₯
π‘Ž
𝐴 = 2𝑧 β„Ž
𝑧
𝑑π‘₯
2𝑧
β„Ž
𝑧
Altura del rectángulo
πœƒ
π‘₯
𝐴 = (2 π‘Ž2 − π‘₯ 2 )(π‘₯ tan πœƒ )
𝐴 π‘₯ = 2π‘₯ π‘Ž2 − π‘₯ 2 tan πœƒ
5
Volumen de la cuña
𝑏
EJEMPLO 2 CONTINUACIÓN…
𝑉 = ΰΆ± 𝐴 π‘₯ 𝑑π‘₯
π‘Ž
𝐴 π‘₯ = 2π‘₯
π‘Ž2 − π‘₯ 2 tan πœƒ
π‘Ž
𝑉 = ΰΆ± 2π‘₯ π‘Ž2 − π‘₯ 2 tan πœƒ 𝑑π‘₯
0
π‘Ž
𝑉 = tan πœƒ ΰΆ± 2π‘₯ π‘Ž2 − π‘₯ 2 𝑑π‘₯
0
𝑒 = π‘Ž2 − π‘₯ 2
𝑑𝑒 = −2π‘₯ 𝑑π‘₯
π‘Ž
𝑉 = (−1) tan πœƒ ΰΆ± (−1)2π‘₯ π‘Ž2 − π‘₯ 2 𝑑π‘₯
0
π‘₯=π‘Ž
𝑉 = − tan πœƒ ΰΆ±
𝑒 𝑑𝑒
π‘₯=0
π‘₯=π‘Ž
𝑉 = − tan πœƒ ΰΆ±
π‘₯=0
𝑒1/2 𝑑𝑒
𝑉 = −tan πœƒ
𝑒3/2
3
2
π‘₯=π‘Ž
π‘₯=0
3/2 π‘₯=π‘Ž
2𝑒
𝑉 = −tan πœƒ
3
π‘₯=0
π‘Ž
2
2
2
3/2
𝑉 = − tan πœƒ [π‘Ž − π‘₯ ]
3
0
2
𝑉 = − tan πœƒ [π‘Ž2 − π‘Ž2 ]3/2 −[π‘Ž2 − (0)2 ]3/2
3
2
𝑉 = − tan πœƒ 0 − [π‘Ž2 ]3/2
3
2
𝑉 = − tan πœƒ −π‘Ž3
3
2 3
𝑉 = π‘Ž tan πœƒ
3
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