Prismas e pirâmides: elementos, áreas e volumes

Caixas de transporte, reservatórios, edifícios, embalagens e peças industriais frequentemente apresentam formas que podem ser modeladas por prismas. Telhados, monumentos e determinadas estruturas de sustentação podem ser associados a pirâmides. Reconhecer esses sólidos permite estimar materiais, capacidade e espaço ocupado.

Nesta postagem, estudaremos os elementos, as planificações, as áreas e os volumes de prismas e pirâmides. As fórmulas serão relacionadas à geometria das bases e das faces, evitando que sejam usadas apenas como regras isoladas.

Conhecimentos de base

BNCC: EM13MAT309 — resolver e elaborar problemas que envolvem áreas totais e volumes de prismas, pirâmides e outros sólidos em situações reais.

BNCC: EM13MAT504 — investigar processos de obtenção de medidas de área e volume, incluindo o princípio de Cavalieri.

Para acompanhar o conteúdo, é importante calcular áreas de polígonos, aplicar o Teorema de Pitágoras e realizar conversões entre unidades de volume e capacidade.

1. O que é um prisma?

Prisma é um poliedro que possui duas bases poligonais paralelas e congruentes. As demais faces, chamadas faces laterais, são paralelogramos. O nome do prisma depende do polígono da base: triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal e assim por diante.

base face lateral aresta lateral altura h
As duas bases são paralelas e congruentes. A altura é a distância perpendicular entre os planos das bases.

Se as arestas laterais são perpendiculares às bases, o prisma é reto. Caso contrário, ele é oblíquo. Em um prisma reto, as faces laterais são retângulos.

BaseVérticesArestasFaces
Triangular695
Quadrangular8126
Pentagonal10157
Polígono de n lados2n3nn+2

2. Planificação e áreas de um prisma reto

Ao planificar um prisma reto, separamos suas duas bases e suas faces laterais retangulares. A soma das áreas das faces laterais é a área lateral. Ao acrescentar as duas bases, obtemos a área total.

basebase faces laterais

Para um prisma reto cuja base tem área Ab, perímetro Pb e altura h:

Área lateral

Al = Pb · h

Área total

At = 2Ab + Al

Volume

V = Ab · h
Exemplo 1 — Reservatório em forma de bloco

Um reservatório fechado tem base retangular de 8 m por 5 m e altura de 3 m. A área da base é 40 m² e seu perímetro é 26 m.

Al=26·3=78 m²
At=2·40+78=158 m²
V=40·3=120 m³

A área total pode orientar a estimativa de revestimento. O volume representa a capacidade geométrica do reservatório.

3. Volume e princípio de Cavalieri

Dois sólidos compreendidos entre planos paralelos possuem o mesmo volume quando têm a mesma altura e apresentam áreas iguais em todas as seções feitas por planos paralelos às bases. Essa ideia é conhecida como princípio de Cavalieri.

h h prisma retoprisma oblíquo
Com bases de mesma área e alturas iguais, os dois prismas possuem o mesmo volume.
Atenção: a altura de um prisma oblíquo não é a medida da aresta lateral. A altura é sempre a distância perpendicular entre os planos das bases.
Exemplo 2 — Prisma triangular

Um prisma reto possui base triangular retângula com lados 6 m, 8 m e 10 m e altura de 12 m.

Ab=6·8÷2=24 m²
Pb=6+8+10=24 m
Al=24·12=288 m²
At=2·24+288=336 m²
V=24·12=288 m³

Pratique 1

Questão 1. Como é classificado um prisma cujas bases são pentágonos?
Questão 2. Determine a área total e o volume de um cubo com 5 cm de aresta.
Questão 3. Um prisma tem área da base igual a 18 cm² e altura de 7 cm. Determine seu volume.
Questão 4. Um prisma reto possui base triangular com lados 3 cm, 4 cm e 5 cm e altura de 10 cm. Determine as áreas lateral e total e o volume.
Ver respostas

Questão 1. Prisma pentagonal.

Questão 2. A área total é 6·5²=150 cm² e o volume é 5³=125 cm³.

Questão 3. V=18·7=126 cm³.

Questão 4. A base é um triângulo retângulo: Ab=3·4÷2=6 cm² e Pb=12 cm. Assim, Al=12·10=120 cm², At=120+2·6=132 cm² e V=6·10=60 cm³.

4. O que é uma pirâmide?

Pirâmide é um poliedro formado por uma base poligonal e faces laterais triangulares que possuem um vértice comum. Esse ponto é o vértice da pirâmide. Assim como nos prismas, o nome depende do polígono da base.

h g a vértice base
h é a altura da pirâmide, g é o apótema lateral e a é o apótema da base.

Em uma pirâmide reta, o pé da altura encontra a região central da base. Em uma pirâmide regular, a base é um polígono regular e as faces laterais são triângulos isósceles congruentes.

BaseVérticesArestasFaces
Triangular464
Quadrangular585
Hexagonal7127
Polígono de n ladosn+12nn+1

5. Planificação e área de uma pirâmide regular

A planificação mostra a base e os triângulos que formam as faces laterais. A área lateral é a soma das áreas desses triângulos. Em uma pirâmide regular, podemos usar o perímetro da base Pb e o apótema lateral g.

gbase

Área lateral

Al = Pb · g ÷ 2

Área total

At = Ab + Al

Em uma pirâmide regular, a altura h, o apótema da base a e o apótema lateral g formam um triângulo retângulo:

g² = h² + a²
Exemplo 3 — Pirâmide de base quadrada

Uma pirâmide regular possui base quadrada de lado 6 m e altura de 4 m. O apótema da base mede 3 m. Pelo Teorema de Pitágoras:

g²=4²+3²=16+9=25
g=5 m

O perímetro da base é 24 m. Portanto:

Al=24·5÷2=60 m²
Ab=6²=36 m²
At=36+60=96 m²

6. Volume de uma pirâmide

Uma pirâmide ocupa a terça parte do volume de um prisma que possui base de mesma área e a mesma altura. Por isso:

V = Ab · h ÷ 3
h h volume = Aᵦ·hvolume = Aᵦ·h÷3
Mantidas a área da base e a altura, o volume da pirâmide é um terço do volume do prisma.
Exemplo 4 — Volume da pirâmide

Retomando a pirâmide de base quadrada com lado 6 m e altura 4 m:

V=36·4÷3=48 m³

Pratique 2

Questão 1. Uma pirâmide tem base quadrada de lado 8 cm e altura de 3 cm. Determine seu volume.
Questão 2. Uma pirâmide regular de base quadrada possui lado da base igual a 6 cm e apótema lateral igual a 5 cm. Determine as áreas lateral e total.
Questão 3. Uma pirâmide possui área da base de 90 m² e altura de 12 m. Determine o volume.
Questão 4. Quantos vértices, arestas e faces possui uma pirâmide hexagonal?
Ver respostas

Questão 1. V=8²·3÷3=64 cm³.

Questão 2. Pb=24 cm. Logo, Al=24·5÷2=60 cm². Como Ab=36 cm², At=96 cm².

Questão 3. V=90·12÷3=360 m³.

Questão 4. V=7, A=12 e F=7.

7. Comparando prismas e pirâmides

CaracterísticaPrismaPirâmide
BasesDuas bases paralelas e congruentesUma base
Faces lateraisParalelogramosTriângulos com vértice comum
VolumeAb·hAb·h÷3
Com mesma base e alturaTrês vezes o volume da pirâmideUm terço do volume do prisma
Exemplo 5 — Dois recipientes

Um recipiente prismático e outro em forma de pirâmide possuem bases de área 30 cm² e altura de 9 cm.

Vprisma=30·9=270 cm³
Vpirâmide=30·9÷3=90 cm³

São necessárias três pirâmides cheias para completar o prisma, desconsiderando perdas.

8. Aplicações e unidades

Áreas são expressas em unidades quadradas e volumes em unidades cúbicas. Em problemas de capacidade, é comum usar as equivalências:

1 dm³ = 1 L     1 m³ = 1.000 L     1 cm³ = 1 mL
Exemplo 6 — Caixa-d'água prismática

Uma caixa-d'água possui dimensões internas de 2,5 m, 1,8 m e 1,2 m. Seu volume é:

V=2,5·1,8·1,2=5,4 m³
5,4 m³=5.400 L
Exemplo 7 — Cobertura piramidal

Uma cobertura tem forma de pirâmide regular de base quadrada com lado 10 m. Cada face lateral tem altura 6 m. Como a cobertura não possui base, a quantidade de material corresponde somente à área lateral:

Al=4·(10·6÷2)=120 m²

Pratique 3

Questão 1. Um prisma e uma pirâmide têm bases de área 40 cm² e altura de 6 cm. Determine os dois volumes.
Questão 2. Um tanque prismático mede internamente 2,5 m por 1,8 m por 1,2 m. Qual é sua capacidade em litros?
Questão 3. Uma peça decorativa tem forma de pirâmide com base quadrada de lado 20 cm e altura de 30 cm. Determine o volume.
Questão 4. Um telhado piramidal de base quadrada tem lado 10 m e apótema lateral 6 m. Determine a área de cobertura, sem incluir a base.
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Questão 1. Prisma: 40·6=240 cm³. Pirâmide: 40·6÷3=80 cm³.

Questão 2. 2,5·1,8·1,2=5,4 m³=5.400 L.

Questão 3. V=20²·30÷3=4.000 cm³.

Questão 4. Al=4·(10·6÷2)=120 m².

9. Estratégia para resolver problemas

  1. identifique o sólido e o polígono da base;
  2. separe área da base, perímetro da base, altura e apótema lateral;
  3. verifique se a questão pede área lateral, área total, volume ou capacidade;
  4. use unidades compatíveis antes de calcular;
  5. interprete se a base deve ou não ser incluída na área pedida;
  6. confira se o volume da pirâmide foi dividido por 3.
Erros frequentes: usar a aresta lateral como altura; incluir a base em uma cobertura aberta; esquecer a segunda base do prisma; calcular volume em unidade quadrada; e não dividir por 3 no volume da pirâmide.

10. Revisão e aprofundamento

Questão 1. Um prisma reto possui base quadrada de lado 4 cm e altura de 10 cm. Determine as áreas lateral e total e o volume.
Questão 2. Um prisma reto possui base triangular com lados 5 cm, 12 cm e 13 cm e altura de 8 cm. Determine as áreas lateral e total e o volume.
Questão 3. Uma embalagem retangular mede internamente 50 cm por 30 cm por 20 cm. Determine sua capacidade em litros.
Questão 4. Um prisma hexagonal regular possui área da base igual a 24√3 cm² e altura de 10 cm. Determine o volume.
Questão 5. Um cubo possui volume de 343 cm³. Determine a medida da aresta e a área total.
Questão 6. Uma pirâmide regular de base quadrada possui lado da base igual a 10 m e altura de 12 m. Determine o apótema lateral, as áreas lateral e total e o volume.
Questão 7. Uma pirâmide possui base retangular de 12 m por 8 m e altura de 9 m. Determine o volume.
Questão 8. Uma pirâmide de base triangular possui área da base de 45 cm² e altura de 10 cm. Determine o volume.
Questão 9. Uma barraca tem formato de pirâmide regular de base quadrada com lado 6 m e apótema lateral 5 m. Determine a área de tecido das faces laterais, sem considerar o piso.
Questão 10. Um telhado piramidal possui base quadrada de lado 8 m e altura de 3 m. Determine o apótema lateral e a área das quatro faces.
Questão 11. Um prisma e uma pirâmide possuem bases com área de 72 cm² e altura de 15 cm. Determine os volumes e a diferença entre eles.
Questão 12. Determine os números de vértices, arestas e faces de um prisma heptagonal.
Questão 13. Determine os números de vértices, arestas e faces de uma pirâmide octogonal.
Questão 14. Uma cisterna prismática tem área da base de 2,4 m² e altura interna de 1,5 m. Determine sua capacidade em litros.
Questão 15. Uma maquete possui uma pirâmide com área da base de 54 cm² e altura de 8 cm. Determine o volume.
Gabarito detalhado
Questão 1.

Pb=16 cm e Ab=16 cm².

Al=16·10=160 cm²
At=160+2·16=192 cm²
V=16·10=160 cm³
Questão 2.

A base é um triângulo retângulo: Ab=5·12÷2=30 cm² e Pb=30 cm.

Al=30·8=240 cm²
At=240+60=300 cm²
V=30·8=240 cm³
Questão 3.
V=50·30·20=30.000 cm³=30 L
Questão 4.
V=24√3·10=240√3 cm³
Questão 5.

Como 7³=343, a aresta mede 7 cm.

At=6·7²=294 cm²
Questão 6.

O apótema da base mede 5 m.

g²=12²+5²=169 ⇒ g=13 m
Al=40·13÷2=260 m²
At=260+100=360 m²
V=100·12÷3=400 m³
Questão 7.
V=12·8·9÷3=288 m³
Questão 8.
V=45·10÷3=150 cm³
Questão 9.
Al=4·(6·5÷2)=60 m²
Questão 10.

O apótema da base mede 4 m.

g²=3²+4²=25 ⇒ g=5 m
Al=4·(8·5÷2)=80 m²
Questão 11.
Vprisma=72·15=1.080 cm³
Vpirâmide=72·15÷3=360 cm³
diferença=720 cm³
Questão 12.

Para n=7: V=2n=14, A=3n=21 e F=n+2=9.

Questão 13.

Para n=8: V=n+1=9, A=2n=16 e F=n+1=9.

Questão 14.
V=2,4·1,5=3,6 m³=3.600 L
Questão 15.
V=54·8÷3=144 cm³
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