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Lista 9_ Esferas

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Gui Sants

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Questões resolvidas

1. Demonstre que : a) o volume de uma esfera de raio R é 34R3π b) a área da superfície esférica é 24Rπ

2. Uma das características dos nanomateriais refere-se à relação entre seu volume e sua área superficial total. Por exemplo, em uma esfera maciça de 1 cm de raio, a área superficial e o volume valem 24 cm²π e 3(4/3) cm³π respectivamente. O conjunto de nanoesferas de 1 nm de raio, que possui o mesmo volume da esfera dada, tem a soma de suas áreas superficiais
a) 10 vezes maior que a da esfera.
b) 103 vezes maior que a da esfera.
c) 105 vezes maior que a da esfera.
d) 107 vezes maior que a da esfera.
e) 109 vezes maior que a da esfera.

3. Considere que o planeta Terra é aproximadamente esférico, tendo a linha do Equador um comprimento de, aproximadamente, 40.000 km e que 30% da área do planeta é de terras emersas. Dados: Área da esfera = 24rπ Comprimento do círculo = 2rπ 3,14π≈ Aproximando a atual população da Terra para um número inteiro de bilhões de pessoas, responda: a) Qual é a densidade demográfica nas terras emersas do planeta? b) Quantos metros quadrados caberiam a cada pessoa, se as terras emersas fossem divididas igualmente entre os habitantes da Terra? (Aproxime para um número inteiro de milhares de metros quadrados).

4. A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da esfera aos vértices do triângulo é ( em cm )
a)3
b)6
c)5
d)4
e)2 5

6. Dois aviões vão de Brasília a Moscou. O primeiro voa diretamente para o norte, até atingir o paralelo de Moscou, quando então muda o rumo para o leste, seguindo para o seu destino final. O segundo voa para o leste até atingir o meridiano de Moscou, tomando então o rumo norte até chegar a esta cidade. a) Desprezando as variações de altitude, qual avião terá percorrido a maior distância em relação ao solo? Justifique sua resposta. b) Calcule a diferença entre as distâncias percorridas, supondo que a Terra seja esférica.

7. Esta foto é do relógio solar localizado no campus do Butantã, da USP. A linha inclinada (tracejada na foto), cuja projeção ao chão pelos raios solares indica a hora, é paralela ao eixo de rotação da Terra. Sendo μ e ,ρ respectivamente, a latitude e a longitude do local, medidas em graus, pode-se afirmar, corretamente, que a medida em graus do ângulo que essa linha faz com o plano horizontal é igual a
a) ρ
b) μ
c) 90ρ
d) 90μ
e) 180ρ

8. Considere um triângulo retângulo inscrito em uma circunferência de raio R, al que a projeção de um dos catetos sobre a hipotenusa mede, em cm,   Rm 1 m  . Considere a esfera gerada pela rotação desta circunferência em torno de um dos seus diâmetros. O volume da parte desta esfera, que não pertence ao sólido gerado pela rotação do triangulo em torno da hipotenusa é, em cm³, dado por:
a) 232R13m1
b) 232R13m1
c) 232R3m1
d) 232R3m1

9. Uma esfera de centro A e raio igual a 3dm é tangente ao plano  de uma mesa em um ponto T. Uma fonte de luz encontra-se em um ponto F de modo que F, A e T são colineares. Observe a ilustração: Considere o cone de vértice F cuja base é o círculo de centro T definido pela sombra da esfera projetada sobre a mesa. Se esse círculo tem área igual à da superfície esférica, então a distância FT, em decímetros, corresponde a:
a) 10
b) 9
c) 8
d) 7

10. Na fotografia abaixo, observam-se duas bolhas de sabão unidas. Quando duas bolhas unidas possuem o mesmo tamanho, a parede de contato entre elas é plana, conforme ilustra o esquema: Considere duas bolhas de sabão esféricas, de mesmo raio R, unidas de tal modo que a distância entre seus centros A e B é igual ao raio R. A parede de contato dessas bolhas é um círculo cuja área tem a seguinte medida:
a) 2R²π
b) 23R²π
c) 23R⁴π
d) 24R³π

11. Ao girarmos o gráfico da função 2x, x [0,1] f(x) 2x x , x (1,2]    em torno do eixo das abscissas (eixo x), obtemos uma superfície de revolução cujo volume é:
a) 3π
b) 2π
c) π
d) 2π
e) 3π

12. A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da esfera aos vértices do triângulo é (em cm)
a) 3 3
b) 6
c) 5
d) 4
e) 2 5

13. Uma esfera de raio r é seccionada por n planos meridianos. Os volumes das respectivas cunhas esféricas contidas em uma semi-esfera formam uma progressão aritmética de razão r³45π. Se o volume da menor cunha for igual a r³18

14. (ITA 2002) Considere a região do plano cartesiano xy definida pela desigualdade x² 4x y² 4y 8 0     . Quando esta região rodar um ângulo de 6 radianos em torno da reta x + y = 0, ela irá gerar um sólido de superfície externa total com área igual a

a) 1283π
b) 1284π
c) 1285π
d) 1286π
e) 1287π

18. (Esc. Naval 2013) Um astronauta, em sua nave espacial, consegue observar, em certo momento, exatamente 110θ da superfície da Terra. Que distância ele está do nosso planeta? Considere o raio da Terra igual a 6400 km

a) 1200 km
b) 1280 km
c) 1600 km
d) 3200 km
e) 4200 km

20. (OCM-99) Um aviador está a uma distância h da Terra que vamos admitir como sendo uma esfera de raio r. Se S é a porção total da superfície da Terra visível pelo aviador , encontre S em termos de r e h .

23. (ENE 1963) Determinar o raio da esfera na qual seja possível destacar uma calota de altura 2m e cuja área seja igual ao triplo da superfície lateral do cone, tendo para vértice o centro da esfera e por base a base da calota.

25. (ITA 2008) Seja C uma circunferência de raio r e centro O e AB um diâmetro de C. Considere o triangulo eqüilátero BDE inscrito em C. Traça-se a reta s passando pelos ponto O e E até interceptar em F a reta t tangente à circunferência C no ponto A. Determine o volume do sólido de revolução gerado pela rotação da região limitada pelo arco AE e pelos segmentos AFe EF em torno do diâmetro AB .

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Questões resolvidas

1. Demonstre que : a) o volume de uma esfera de raio R é 34R3π b) a área da superfície esférica é 24Rπ

2. Uma das características dos nanomateriais refere-se à relação entre seu volume e sua área superficial total. Por exemplo, em uma esfera maciça de 1 cm de raio, a área superficial e o volume valem 24 cm²π e 3(4/3) cm³π respectivamente. O conjunto de nanoesferas de 1 nm de raio, que possui o mesmo volume da esfera dada, tem a soma de suas áreas superficiais
a) 10 vezes maior que a da esfera.
b) 103 vezes maior que a da esfera.
c) 105 vezes maior que a da esfera.
d) 107 vezes maior que a da esfera.
e) 109 vezes maior que a da esfera.

3. Considere que o planeta Terra é aproximadamente esférico, tendo a linha do Equador um comprimento de, aproximadamente, 40.000 km e que 30% da área do planeta é de terras emersas. Dados: Área da esfera = 24rπ Comprimento do círculo = 2rπ 3,14π≈ Aproximando a atual população da Terra para um número inteiro de bilhões de pessoas, responda: a) Qual é a densidade demográfica nas terras emersas do planeta? b) Quantos metros quadrados caberiam a cada pessoa, se as terras emersas fossem divididas igualmente entre os habitantes da Terra? (Aproxime para um número inteiro de milhares de metros quadrados).

4. A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da esfera aos vértices do triângulo é ( em cm )
a)3
b)6
c)5
d)4
e)2 5

6. Dois aviões vão de Brasília a Moscou. O primeiro voa diretamente para o norte, até atingir o paralelo de Moscou, quando então muda o rumo para o leste, seguindo para o seu destino final. O segundo voa para o leste até atingir o meridiano de Moscou, tomando então o rumo norte até chegar a esta cidade. a) Desprezando as variações de altitude, qual avião terá percorrido a maior distância em relação ao solo? Justifique sua resposta. b) Calcule a diferença entre as distâncias percorridas, supondo que a Terra seja esférica.

7. Esta foto é do relógio solar localizado no campus do Butantã, da USP. A linha inclinada (tracejada na foto), cuja projeção ao chão pelos raios solares indica a hora, é paralela ao eixo de rotação da Terra. Sendo μ e ,ρ respectivamente, a latitude e a longitude do local, medidas em graus, pode-se afirmar, corretamente, que a medida em graus do ângulo que essa linha faz com o plano horizontal é igual a
a) ρ
b) μ
c) 90ρ
d) 90μ
e) 180ρ

8. Considere um triângulo retângulo inscrito em uma circunferência de raio R, al que a projeção de um dos catetos sobre a hipotenusa mede, em cm,   Rm 1 m  . Considere a esfera gerada pela rotação desta circunferência em torno de um dos seus diâmetros. O volume da parte desta esfera, que não pertence ao sólido gerado pela rotação do triangulo em torno da hipotenusa é, em cm³, dado por:
a) 232R13m1
b) 232R13m1
c) 232R3m1
d) 232R3m1

9. Uma esfera de centro A e raio igual a 3dm é tangente ao plano  de uma mesa em um ponto T. Uma fonte de luz encontra-se em um ponto F de modo que F, A e T são colineares. Observe a ilustração: Considere o cone de vértice F cuja base é o círculo de centro T definido pela sombra da esfera projetada sobre a mesa. Se esse círculo tem área igual à da superfície esférica, então a distância FT, em decímetros, corresponde a:
a) 10
b) 9
c) 8
d) 7

10. Na fotografia abaixo, observam-se duas bolhas de sabão unidas. Quando duas bolhas unidas possuem o mesmo tamanho, a parede de contato entre elas é plana, conforme ilustra o esquema: Considere duas bolhas de sabão esféricas, de mesmo raio R, unidas de tal modo que a distância entre seus centros A e B é igual ao raio R. A parede de contato dessas bolhas é um círculo cuja área tem a seguinte medida:
a) 2R²π
b) 23R²π
c) 23R⁴π
d) 24R³π

11. Ao girarmos o gráfico da função 2x, x [0,1] f(x) 2x x , x (1,2]    em torno do eixo das abscissas (eixo x), obtemos uma superfície de revolução cujo volume é:
a) 3π
b) 2π
c) π
d) 2π
e) 3π

12. A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da esfera aos vértices do triângulo é (em cm)
a) 3 3
b) 6
c) 5
d) 4
e) 2 5

13. Uma esfera de raio r é seccionada por n planos meridianos. Os volumes das respectivas cunhas esféricas contidas em uma semi-esfera formam uma progressão aritmética de razão r³45π. Se o volume da menor cunha for igual a r³18

14. (ITA 2002) Considere a região do plano cartesiano xy definida pela desigualdade x² 4x y² 4y 8 0     . Quando esta região rodar um ângulo de 6 radianos em torno da reta x + y = 0, ela irá gerar um sólido de superfície externa total com área igual a

a) 1283π
b) 1284π
c) 1285π
d) 1286π
e) 1287π

18. (Esc. Naval 2013) Um astronauta, em sua nave espacial, consegue observar, em certo momento, exatamente 110θ da superfície da Terra. Que distância ele está do nosso planeta? Considere o raio da Terra igual a 6400 km

a) 1200 km
b) 1280 km
c) 1600 km
d) 3200 km
e) 4200 km

20. (OCM-99) Um aviador está a uma distância h da Terra que vamos admitir como sendo uma esfera de raio r. Se S é a porção total da superfície da Terra visível pelo aviador , encontre S em termos de r e h .

23. (ENE 1963) Determinar o raio da esfera na qual seja possível destacar uma calota de altura 2m e cuja área seja igual ao triplo da superfície lateral do cone, tendo para vértice o centro da esfera e por base a base da calota.

25. (ITA 2008) Seja C uma circunferência de raio r e centro O e AB um diâmetro de C. Considere o triangulo eqüilátero BDE inscrito em C. Traça-se a reta s passando pelos ponto O e E até interceptar em F a reta t tangente à circunferência C no ponto A. Determine o volume do sólido de revolução gerado pela rotação da região limitada pelo arco AE e pelos segmentos AFe EF em torno do diâmetro AB .

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GEO. ESPACIAL-9: ESFERA 
 
 
Prof. Marcão 
 
1 
1. Demonstre que : 
a) o volume de uma esfera de raio R é 3
4
R
3
 
b) a área da superfície esférica é 24 R 
 
2. (Unesp 2012) Diferentes tipos de nanomateriais são descobertos a 
cada dia, viabilizando produtos mais eficientes, leves, adequados e, 
principalmente, de baixo custo. 
São considerados nanomateriais aqueles cujas dimensões variam entre 
1 e 100 nanômetros (nm), sendo que 1 nm equivale a 10–9 m, ou seja, 
um bilionésimo de metro. 
Uma das características dos nanomateriais refere-se à relação entre seu 
volume e sua área superficial total. 
Por exemplo, em uma esfera maciça de 1 cm de raio, a área superficial 
e o volume valem 
24 cm  e 
3(4/3) cm ,  respectivamente. O 
conjunto de nanoesferas de 1 nm de raio, que possui o mesmo volume 
da esfera dada, tem a soma de suas áreas superficiais 
a) 10 vezes maior que a da esfera. b) 103 vezes maior que a da esfera. 
c) 105 vezes maior que a da esfera. d) 107 vezes maior que a da esfera. 
e) 109 vezes maior que a da esfera. 
 
3. (Ufg 2012) Considere que o planeta Terra é aproximadamente 
esférico, tendo a linha do Equador um comprimento de, 
aproximadamente, 40.000 km e que 30% da área do planeta é de terras 
emersas. 
Dados: 
Área da esfera =
24 r 
Comprimento do círculo = 2 r 
3,14 
Aproximando a atual população da Terra para um número inteiro de 
bilhões de pessoas, responda: 
a) Qual é a densidade demográfica nas terras emersas do planeta? 
b) Quantos metros quadrados caberiam a cada pessoa, se as terras 
emersas fossem divididas igualmente entre os habitantes da Terra? 
(Aproxime para um número inteiro de milhares de metros quadrados). 
 
4. (ITA 2005) A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com 
lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio 
igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da 
esfera aos vértices do triângulo é ( em cm ) 
a)3 3 b)6 c)5 d)4 e)2 5 
 
5. (FGV 2006) Um observador colocado no centro de uma esfera de raio 
5m vê o arco AB sob um ângulo  de 72º, como mostra a figura. Isso 
significa que a área do fuso esférico determinado por  é: 
a) 20 m² b) 15 m² c) 10 m² d) 5 m² e) m² 
 
 
6. (Fuvest 2016) Dois aviões vão de Brasília a Moscou. O primeiro voa 
diretamente para o norte, até atingir o paralelo de Moscou, quando 
então muda o rumo para o leste, seguindo para o seu destino final. O 
segundo voa para o leste até atingir o meridiano de Moscou, tomando 
então o rumo norte até chegar a esta cidade. 
a) Desprezando as variações de altitude, qual avião terá percorrido a 
maior distância em relação ao solo? Justifique sua resposta. 
b) Calcule a diferença entre as distâncias percorridas, supondo que a 
Terra seja esférica. 
 
Note e adote: 
cos 56 0,56; sen 56 0,83; cos16 0,96; sen16 0,28        
Latitude e longitude de Brasília: 16 S e 48 W 
Latitude e longitude de Moscou: 56 N e 37 E 
Raio da Terra: 6.400 km 
 
7. (Fuvest 2014) 
 
 
Esta foto é do relógio solar localizado no campus do Butantã, da USP. A 
linha inclinada (tracejada na foto), cuja projeção ao chão pelos raios 
solares indica a hora, é paralela ao eixo de rotação da Terra. Sendo μ 
e ,ρ respectivamente, a latitude e a longitude do local, medidas em 
graus, pode-se afirmar, corretamente, que a medida em graus do ângulo 
que essa linha faz com o plano horizontal é igual a 
Nota: 
Entende-se por “plano horizontal”, em um ponto da superfície terrestre, o 
plano perpendicular à reta que passa por esse ponto e pelo centro da 
Terra. 
a)  b) μ c) 90 d) 90 e) 180 
 
8. (AFA 2007) Considere um triângulo retângulo inscrito em uma 
circunferência de raio R, al que a projeção de um dos catetos sobre a 
hipotenusa mede, em cm,  
R
m 1
m
 . Considere a esfera gerada pela 
rotação desta circunferência em torno de um dos seus diâmetros. O 
volume da parte desta esfera, que não pertence ao sólido gerado pela 
rotação do triangulo em torno da hipotenusa é, em cm³, dado por: 
a) 
2
32 m 1R 1
3 m
  
   
   
 b) 
2
32 m 1R 1
3 m
 
  
 
 
c) 
2
32 m 1R
3 m
 
  
 
 d) 
2
32 m 1R
3 m
 
  
 
 
 
 
 
 2 
9. (Uerj 2014) Uma esfera de centro A e raio igual a 3dm é tangente 
ao plano  de uma mesa em um ponto T. Uma fonte de luz encontra-
se em um ponto F de modo que F, A e T são colineares. Observe a 
ilustração: 
 
 
 
Considere o cone de vértice F cuja base é o círculo de centro T 
definido pela sombra da esfera projetada sobre a mesa. 
Se esse círculo tem área igual à da superfície esférica, então a distância 
FT , em decímetros, corresponde a: 
a) 10 b) 9 c) 8 d) 7 
 
10. (Uerj 2013) Na fotografia abaixo, observam-se duas bolhas de 
sabão unidas. 
 
 
 
Quando duas bolhas unidas possuem o mesmo tamanho, a parede de 
contato entre elas é plana, conforme ilustra o esquema: 
 
 
 
Considere duas bolhas de sabão esféricas, de mesmo raio R, unidas de 
tal modo que a distância entre seus centros A e B é igual ao raio R. A 
parede de contato dessas bolhas é um círculo cuja área tem a seguinte 
medida: 
a) 
2R
2

 b) 
23 R
2

 c) 
23 R
4

 d) 
24 R
3

 
 
 
11. (ITA1983) Ao girarmos o gráfico da função 
2
x, x [0,1]
f(x)
2x x , x (1,2]

 
 
 em torno do eixo das abscissas (eixo x), 
obtemos uma superfície de revolução cujo volume é: 
a) 
3

 b) 
2

 c)  d) 2 e) 3 
 
12. (ITA 2005) A circunferência inscrita num triângulo eqüilátero com 
lados de 6 cm de comprimento é a interseção de uma esfera de raio 
igual a 4 cm com o plano do triângulo. Então, a distância do centro da 
esfera aos vértices do triângulo é (em cm) 
a) 3 3 b) 6 c) 5 d) 4 e) 2 5 
 
13. (ITA 2005) Uma esfera de raio r é seccionada por n planos 
meridianos. Os volumes das respectivas cunhas esféricas contidas em 
uma semi-esfera formam uma progressão aritmética de razão 
r³
45

. Se 
o volume da menor cunha for igual a
r³
18

, então n é igual a: 
a) 4 b) 3 c) 6 d) 5 e)7 
 
14. (ITA 2002) Considere a região do plano cartesiano xy definida pela 
desigualdade x² 4x y² 4y 8 0     . Quando esta região rodar um 
ângulo de 
6

 radianos em torno da reta x + y = 0, ela irá gerar um sólido 
de superfície externa total com área igual a 
a) 
128
3
 b) 
128
4
 c) 
128
5
 d) 
128
6
 e) 
128
7
 
 
15. (OCM-88) Sobre o fundo horizontal de um vaso cilíndrico circular 
reto , contendo água coloca-se uma esfera sólida de raio R com a 
propriedade de que a superfície superior do líquido fique tangente à 
esfera . Deseja-se que o mesmo aconteça se , em vez da esfera de raio 
R for colocada outra esfera de raio m.R (suponha não haver variação no 
volume de água). Calcule o raio x do cilindro e a variação dos valores de 
m para os quais a situação é realizável . 
 
16. Demonstre que o volume de um segmento esférico de duas bases é 
dado por :  2 2 21 2
h
V 3 r r h
6
    
 
 . A partir daí deduza o volume da 
calota ( segmento esférico de uma base ) e do setor esférico. 
 
17. Mostre que a área da calota e da zona esférica é dado por 2 Rh . 
 
18. (Esc. Naval 2013) Um astronauta, em sua nave espacial, consegue 
observar, em certo momento, exatamente 
1
10
 da superfície da Terra. 
Que distância ele está do nosso planeta? Considere o raio da Terra 
igual a 6400 km 
a) 1200 km b) 1280 km c) 1600 km d) 3200 km e) 4200 km 
 
20. (OCM-99) Um aviador está a uma distância h da Terra que vamos 
admitir como sendo uma esfera de raio r. Se S é a porção total da 
superfície da Terra visível pelo aviador ,encontre S em termos de r e h . 
 
21. (ITA 1990) Considere a região do plano cartesiano xOy definida 
pelas desigualdades 
2 2x y 1, x y 1 e (x 1) y 2       . O volume 
do sólido gerado pela rotação desta região em torno do eixo x é igual a: 
 
 
 
4 8 4
a) b) c) 2 2
3 3 3
8
d) 2 1 e)n.d.a
3
  
 
 
 
 
 
 
 3 
22. (Unicamp 2010) Uma peça esférica de madeira maciça foi 
escavada, adquirindo o formato de anel, como mostra a figura a seguir. 
Observe que, na escavação, retirou-se um cilindro de madeira com duas 
tampas em formato de calota esférica.Sabe-se que uma calota esférica 
tem volume 
2
cal
h
V (3R h)
3

  , em que h é a altura da calota e R é o raio da 
esfera. Além disso, a área da superfície da calota esférica (excluindo a 
porção plana da base) é dada por Acal =2 π Rh. Atenção: não use um 
valor aproximado para π. 
 
 
 
a) Supondo que h = R/2, determine o volume do anel de madeira, em 
função de R. 
b) Depois de escavada, a peça de madeira receberá uma camada de 
verniz, tanto na parte externa, como na interna. Supondo, novamente, 
que h = R/2, determine a área sobre a qual o verniz será aplicado. 
 
23. (ENE 1963) Determinar o raio da esfera na qual seja possível 
destacar uma calota de altura 2m e cuja área seja igual ao triplo da 
superfície lateral do cone, tendo para vértice o centro da esfera e por 
base a base da calota. 
 
24. (IME 2006) Considere um tetraedro regular de arestas de 
comprimento a e uma esfera de raio R tangente a todas as arestas do 
tetraedro. Em função de a, calcule: 
a) o volume total da esfera; 
b) o volume da parte da esfera situada no interior do tetraedro 
 
25. (ITA 2008) Seja C uma circunferência de raio r e centro O e AB um 
diâmetro de C. Considere o triangulo eqüilátero BDE inscrito em C. 
Traça-se a reta s passando pelos ponto O e E até interceptar em F a 
reta t tangente à circunferência C no ponto A. Determine o volume do 
sólido de revolução gerado pela rotação da região limitada pelo arco 
AE e pelos segmentos AFe EF em torno do diâmetro AB . 
 
26. (IME 2008) A área de uma calota esférica é o dobro da área do seu 
círculo base. Determine o raio do círculo base da calota em função do 
raio R da esfera. 
 
27. (ITA 2012) Em um plano estão situados uma circunferência ω de 
raio 2 cm e um ponto P que dista 2√2 cm do centro de ω. Considere os 
segmentos PA e PB tangentes a ω nos pontos A e B, respectivamente. 
Ao girar a região fechada delimitada pelos segmentos PA e PB e pelo 
arco menor 𝐴�̂� em torno de um eixo passando pelo centro de ω e 
perpendicular ao segmento PA, obtém-se um sólido de revolução. 
Determine: 
a) A área total da superfície do sólido. 
b) O volume do sólido. 
 
28. (ITA 2011) Considere uma esfera Ω com centro em C e raio r = 6 cm 
e um plano Σ que dista 2 cm de C. Determine a área da intersecção do 
plano Σ com uma cunha esférica de 30º em Ω que tenha aresta 
ortogonal a Σ. 
 
29. (ITA 2010) As superfícies de duas esferas se interceptam 
ortogonalmente (isto é, em cada ponto da intersecção os respectivos 
planos tangentes são perpendiculares). Sabendo que os raios destas 
esferas medem 2 e 
3
2
 cm respectivamente, calcule 
a) a distância entre os centros das duas esferas. 
b) a área da superfície do sólido obtido pela intersecção das duas 
esferas. 
 
INSCRIÇÃO E CIRCUNSCRIÇÃO 
 
1. (ITA 1987) A razão entre o volume de uma esfera de raio R e o 
volume de um cubo nela inscrita é: 
a) 
3 2
2
 b) 
2

 c) 2 d) 
2
2

 e) 3 
 
2. (IME 1995) Seis esferas idênticas de raio R encontram-se 
posicionadas no espaço de tal forma que cada uma delas seja tangente 
a quatro esferas. Dessa forma, determine a aresta do cubo que 
tangencie todas as esferas. 
 
3. (ITA 1966) No interior de um cubo regular de aresta a existem 9 
esferas de mesmo raio r . O centro de uma dessas esferas coincide 
com o centro do cubo e cada uma das demais esferas tangencia a 
esfera do centro e três faces do cubo. Exprima a em função de r . 
 
4. (ITA 2007) Os quatro vértices de um tetraedro regular, de volume 8/3 
cm³, encontram-se nos vértices de um cubo. Cada vértice do cubo é 
centro de uma esfera de 1 cm de raio. Calcule o volume da parte do 
cubo exterior às esferas. 
 
5. (ITA 1985) Uma esfera de raio = 3 cm está inscrita num prisma 
hexagonal regular que, por sua vez, está inscrito numa esfera de raio 
R . Pode-se afirmar que a medida do raio R vale: 
a) 7 cm b) 
7
cm
3
 c) 2 3 cm d) 
7
cm
2
 e) 4 3 cm 
 
6. (ITA 1976) Considere um tetraedro regular circunscrito a uma esfera 
de raio R . Designando por , ,H a h e V respectivamente a altura, a 
aresta, a altura da base e o volume desse tetraedro, temos: 
3
3
3
3
2 3.R 3 2.H 6.H
a)V e h b)V 8 3.R e a
3 4 2
4 2.R
c)V e H 4H d)V 6 2R e H 4R
3
e)n.r.a
   
    
 
7. (ITA 1979) Considere um tetraedro regular (4 faces iguais) inscrito em 
uma esfera de raio R = 3 cm. A soma das medidas de todas as arestas 
do tetraedro é dada por: 
a) 16 3 cm
b) 13 6 cm
c) 12 6 cm
d) 8 3 cm
e) 6 3 cm
 
A 
B 
C 
D 
H M 
 
 4 
8. (ITA 1979) Considere o problema anterior, isto é, o tetraedro regular 
inscrito em uma esfera de raio R , onde R mede 3 cm, sendo HD sua 
altura ( figura 2 ) . A diferença entre o volume do tetraedro e o volume do 
sólido gerado pela rotação do triângulo DHM em torno de HD é dada 
por: 
3 3
3
8 1
a) 8 3 cm b) 5 2 5 cm
3 2
4
c) 4 2 3 cm
5
   
      
   
 
  
 
 
3 33 5d) 3 3 3 cm e) 7 2 cm
5 3
  
          
 
 
9. (FGV 2006) Uma pirâmide reta de base quadrada e altura de 4 m está 
inscrita numa esfera de raio 4m. Adotando  = 3, pode-se afirmar que 
a) Vesfera = 6 . Vpirâmide b) Vesfera = 5 . Vpirâmide 
c) Vesfera = 4 . Vpirâmide d) Vesfera = 3 . Vpirâmide 
e) Vesfera = 2 . Vpirâmide 
 
10.(Unicamp 2014) Considere a pirâmide reta de base quadrada, 
ilustrada na figura abaixo, com lado da base b = 6 m e altura a. 
 
 
 
a) Encontre o valor de a de modo que a área de uma face triangular 
seja igual a 15 m2. 
b) Para a = 2 m, determine o raio da esfera circunscrita à pirâmide. 
 
11. (ITA 2003) Quatro esferas de mesmo raio R > 0 são tangentes 
externamente duas a duas, de forma que seus centros formam um 
tetraedro regular com arestas de comprimento 2R. Determine, em 
função de R, a expressão do volume do tetraedro circunscrito às quatro 
esferas. 
 
12. (ITA 1996) Numa pirâmide triangular regular, a área da base é igual 
ao quadrado da altura H . Seja R o raio da esfera inscrita nesta 
pirâmide. Deste modo, a razão 
H
R
 é igual a: 
a) 3 1 b) 3 1 c)1 3 3 1
d)1 3 3 1 e) 3 1
   
  
 
 
13. (UNICAMP 2001) A base de uma pirâmide é um triângulo eqüilátero 
de lado L = 6cm e arestas laterais das faces A = 4cm. 
a) Calcule a altura da pirâmide. 
b) Qual é o raio da esfera circunscrita à pirâmide? 
 
14. (IME 2006) Considere um tetraedro regular de arestas de 
comprimento a e uma esfera de raio R tangente a todas as arestas do 
tetraedro. Em função de a, calcule: 
c) o volume total da esfera; 
d) o volume da parte da esfera situada no interior do tetraedro 
 
15. (OCM 2005) Três faces de um tetraedro regular de aresta 1 são 
tangentes a uma esfera e o plano que contém a quarta face do tetraedro 
passa pelo centro da esfera . Determine a superfície total da esfera). 
 
16. (IFT Moscow) Em uma pirâmide regular triangular inscreve-se uma 
esfera . Achar o ângulo de inclinação da face em relação a base , 
sabendo que a razão entre o volume da pirâmide e o volume da esfera é 
igual a 
27 3
4
. 
 
17. (EESCUSP 1953) Duas esferas são circunscrita e inscrita a um 
mesmo octaedro. Calcular a razão entre seus volumes. 
 
18. Uma esfera está inscrita em um cilindro reto de 
2150 cm de área 
total. Determine a área e o volume dessa esfera. 
 
19. A área lateral de um cilindro reto é 
248 cm , e sua altura é 8 cm . 
Sabendo que o cilindroestá inscrito em uma esfera , determine o raio da 
esfera. Calcule também a razão entre o cilindro eqüilátero inscrito nessa 
esfera e o cilindro considerado. 
 
20. (Ita 2016) Uma esfera 1S , de raio R 0, está inscrita num cone 
circular reto K. Outra esfera, 2S , de raio r, com 0 r R,  está contida 
no interior de K e é simultaneamente tangente à esfera 1S e à superfície 
lateral de K. O volume de K é igual a 
a) 
5R
.
3r(R r)


 b) 
52 R
.
3r(R r)


 c) 
5R
.
r(R r)


 
d) 
54 R
.
3r(R r)


 e) 
55 R
.
3r(R r)


 
 
21. (ITA 1995) Um cone circular reto tem altura 12 cm e raio da base 5 
cm. O raio da esfera inscrita neste cone mede, em cm, 
10 7 12
a) b) c) d)3 e)2
3 4 5
 
 
23. (ITA 1961) Deduzir a fórmula do volume de um cone eqüilátero 
circunscrito a uma esfera, em função do raio da esfera. 
 
24. (ITA 1989) Um cone e um cilindro, ambos retos, possuem o mesmo 
volume e bases idênticas. Sabendo-se que ambos são inscritíveis em 
uma esfera de raio R, então a altura H do cone será igual a: 
a) 
6
R
5
 b) 
3
R
2
 c) 
4
R
3
 d) 
2
R
3
 e) 
7
R
5
 
 
25. (IME 1997 e IMO 1960) Considere uma esfera inscrita e tangente à 
base de um cone de revolução. Um cilindro está circunscrito á esfera de 
tal forma que uma de suas bases está apoiada na base do cone . Seja 
1V o volume do cone e 2V o volume do cilindro . Encontre o menor valor 
da constante k para o qual 1 2V kV . 
 
26. (OBM) Cinco esferas de raio r estão dentro de um cone circular reto, 
da seguinte maneira: quatro delas tangenciam a base do cone e a 
superfície lateral, e cada uma destas quatro tangencia duas outras; a 
quinta esfera tangencia as quatro primeiras e a superfície lateral do 
cone. Calcule o volume desse cone . 
 
 
 
 
 
 5 
27. (AFA 2007) Num cone reto, a medida do raio da base, da altura, e 
da geratriz estão, nessa ordem, em progressão aritmética de razão igual 
a 1. sabendo-se que a soma destas medidas é 12 dm e que a área total 
de superfície deste cone é igual à área ds superfície de uma esfera, a 
medida do raio da esfera, em dm, é: 
a) 6 b) 
15
2
 c) 5 d) 2 
 
28. (ITA 1968) Uma esfera é colocada no interior de um vaso cônico 
com 55 cm de geratriz e 30 cm de altura. Sabendo-se que os 
pontos de tangência estão a 3 cm do vértice, o raio da esfera vale: 
35 30
a)2 30 cm b) cm c) cm
2 2
 
d)3 cm e)nra 
 
29. (ITA 1992) Um cone de revolução está circunscrito a uma esfera de 
raio R cm. Se a altura do cone for igual ao dobro do raio da base, então 
a área de sua superfície lateral mede: 
a)  
2
2 21 5 R cm
4

   b)  
2
2 25 1 5 R cm
4

   
c)   2 2
5
1 5 R cm
4

   d)   2 25 1 5 R cm    
e) n.d.a. 
 
30. (ITA 1978) Se numa esfera de raio R, circunscrevemos um cone reto 
cuja geratriz é igual ao diâmetro da base, então a expressão do volume 
deste cone em função do raio da esfera é dada por: 
3 3 3
3
3 3
a)3 R b) R c)3 3 R
2
4 3
d) R e)n.d.a
3
  

 
 
31. Em um cone inscrevemos uma semi-esfera de tal modo que o circulo 
maior dessa semi-esfera está contido na base do cone. Determine o 
ângulo do vértice do cone, sabendo que a superfície do cone e a 
superfície da semi-esfera estão entre si como 
18
5
. 
 
32. (IME 1989) Mostre que a área total do cilindro eqüilátero inscrito em 
uma esfera é a média geométrica entre a área da esfera e a área total 
do cone equilátero inscrito nessa esfera. 
 
33. (ITA2014) Seis esferas de mesmo raio R são colocadas sobre uma 
superfície horizontal de tal forma que seus centros definam os vértices 
de um hexágono regular de aresta 2R . Sobre estas esferas é colocada 
uma sétima esfera de raio 2R que tangencia todas as demais. 
Determine a distância do centro da sétima esfera à superfície horizontal. 
 
34. (Ita 2011) Uma esfera está inscrita em uma pirâmide regular 
hexagonal cuja altura mede 12 cm e a aresta da base mede 
10
3
√3 cm. 
Então o raio da esfera, em cm, é igual a 
 
a) ( ) 
10
3
3
 b) ( )
13
3
 c) ( )
15
4
 
d) ( ) 2 3 e) ( ) 
10
3
 
 
 
35. (ITA 2009) Uma esfera é colocada no interior de um cone circular 
reto de 8 cm de altura e de 60º de ângulo de vértice. Os pontos de 
contato da esfera com a superfície lateral do cone definem uma 
circunferência e distam 2√3 cm do vértice do cone. O volume do cone 
não ocupado pela esfera, em cm3, é igual a 
 
36. (Ifsc 2014) Ao comprar material para jogar beisebol, um rapaz 
pergunta ao vendedor se há um conjunto de bolas de beisebol à venda. 
O vendedor diz que sim, que a embalagem é em formato de prisma 
hexagonal, com bolinhas (iguais) empilhadas na vertical no seu interior 
formando uma única coluna. Sabe-se que a altura do prisma é 21 cm, 
que o raio da bolinha é maior possível para que ela caiba no prisma 
(desprezando a espessura da embalagem) e que a área da base da 
embalagem é 
218 3 cm . Com base nas informações, analise as 
proposições abaixo e assinale a soma da(s) CORRETA(S). 
01) A quantidade máxima de bolinhas na embalagem é 7. 
02) A aresta da base é 2 3 cm. 
04) O raio das bolinhas é 4 cm. 
08) Não há sobra em relação à altura entre a embalagem e a pilha com 
quantidade máxima de bolinhas. 
16) O volume da embalagem ocupado pela quantidade máxima de 
bolinhas é 
3108 cm .

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