En este tema practicarás el cálculo de volúmenes y áreas superficiales de sólidos: cubos, prismas, cilindros, conos, esferas, pirámides, sólidos compuestos y troncos de cono, aplicando fórmulas y resolviendo problemas en contextos reales.

Volumen y Superficie de Sólidos

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El volumen y la superficie de sólidos son conceptos fundamentales de la geometría tridimensional que aparecen frecuentemente en exámenes de admisión universitaria.
Dominar las fórmulas y saber cuándo aplicar cada una es esencial para resolver estos problemas con rapidez y precisión.

Fórmulas de volumen

Cubo V = a³ a Prisma V = l·w·h l h w r h Cilindro V = πr²h h r Cono V = (1/3)πr²h r Esfera V = (4/3)πr³ h Pirámide V = (1/3)·A_base·h Tabla resumen de volúmenes:
SólidoFórmula de volumen
Cubo (arista a)V = a³
Prisma rectangular (l, w, h)V = l × w × h
Cilindro (radio r, altura h)V = πr²h
Cono (radio r, altura h)V = (1/3)πr²h
Esfera (radio r)V = (4/3)πr³
Pirámide (área base A, altura h)V = (1/3)Ah
Prisma general (área base A, altura h)V = Ah
Tronco de cono (R, r, h)V = (πh/3)(R² + Rr + r²)
Semiesfera (radio r)V = (2/3)πr³

Fórmulas de área superficial

SólidoÁrea lateralÁrea total
Cubo (arista a)4a²6a²
Prisma rectangular2h(l + w)2(lw + lh + wh)
Cilindro2πrh2πr(r + h)
Cono (generatriz g)πrgπr(r + g)
Esfera4πr²
Nota: La generatriz del cono se calcula con Pitágoras: g = √(r² + h²).

Sólidos compuestos: estrategias

Para calcular el volumen de sólidos compuestos:
1. Identificar las figuras básicas que componen el sólido (cilindros, conos, esferas, prismas, pirámides).
2. Sumar los volúmenes si las partes están unidas (ejemplo: cilindro + cono).
3. Restar los volúmenes si hay cavidades o perforaciones (ejemplo: cubo con agujero cilíndrico).

Ejemplo: Un silo tiene forma de cilindro (r = 3 m, h = 8 m) con una semiesfera arriba.
V = V_cilindro + V_semiesfera = π(9)(8) + (2/3)π(27) = 72π + 18π = 90π m³.

Relación entre dimensiones y volumen (escala)

Este concepto es muy importante y aparece frecuentemente en exámenes:

Si se multiplican todas las dimensiones lineales de un sólido por un factor k:
- Las áreas se multiplican por k².
- Los volúmenes se multiplican por k³.

Ejemplo: Si se duplican todas las dimensiones (k = 2):
- El área superficial se multiplica por 2² = 4.
- El volumen se multiplica por 2³ = 8.

Ejemplo: Si se triplica el radio de una esfera:
- V_nueva = (4/3)π(3r)³ = (4/3)π(27r³) = 27 × V_original. El volumen se multiplica por 27.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: Un cubo tiene arista de 5 cm. Hallar su volumen y área superficial.
V = 5³ = 125 cm³. A = 6(5²) = 6(25) = 150 cm².

Ejemplo 2: Un cilindro tiene radio 4 cm y altura 10 cm. Hallar su volumen y área total.
V = π(16)(10) = 160π cm³. A = 2π(4)(4 + 10) = 2π(4)(14) = 112π cm².

Ejemplo 3: Una tubería cilíndrica tiene radio exterior 5 cm, radio interior 3 cm y longitud 20 cm. Hallar el volumen de material.
V = π(R² − r²)L = π(25 − 9)(20) = π(16)(20) = 320π cm³.

Ejemplo 4: Un tronco de cono tiene radio inferior 6 cm, radio superior 3 cm y altura 8 cm. Hallar su volumen.
V = (πh/3)(R² + Rr + r²) = (8π/3)(36 + 18 + 9) = (8π/3)(63) = 168π cm³.

Conversiones útiles

- 1 litro = 1000 cm³ = 1 dm³
- 1 m³ = 1 000 000 cm³ = 1000 litros
- 1 cm³ = 1 mL

Consejos para el examen

1. Memoriza las fórmulas clave: cubo, prisma, cilindro, cono, esfera y pirámide. Son las más frecuentes.
2. El cono es 1/3 del cilindro con la misma base y altura. La pirámide es 1/3 del prisma correspondiente.
3. Lee cuidadosamente si te dan el radio o el diámetro. Un error común es usar el diámetro como si fuera el radio.
4. Principio de Cavalieri: prismas o cilindros oblicuos tienen el mismo volumen que los rectos con la misma base y altura perpendicular.
5. Unidades: verifica que todas las medidas estén en las mismas unidades antes de calcular.
6. Sólidos compuestos: descompón en figuras simples, calcula cada volumen por separado y suma o resta.
7. Problemas de escala: si las dimensiones se multiplican por k, el volumen se multiplica por k³ y el área por k².
8. Generatriz del cono: siempre se calcula con Pitágoras: g = √(r² + h²). No la confundas con la altura.