Uma bola de basquete tem 24 cm de diâmetro: quanta borracha reveste a casca e quanto ar cabe dentro? A rota de um voo entre Brasília e Lisboa aparece no mapa como uma curva que sobe para o norte: por que o avião não vai em linha reta? E por que a Groenlândia parece maior que a África no mapa-múndi pendurado na parede, se a África tem catorze vezes a área dela? As três perguntas têm a mesma resposta: a geometria da esfera.
O que você vai aprender
Distinguir superfície esférica de bola, identificar centro, raio, diâmetro, polos e eixo, e reconhecer a esfera como sólido gerado pela rotação de um semicírculo em torno do diâmetro.
Provar que toda seção plana da esfera é um círculo, calcular o raio da seção por r² = R² − d² e reconhecer o círculo máximo (plano pelo centro) como a maior seção e a única que contém um caminho mínimo.
Calcular a área de um fuso e o volume de uma cunha como frações de 4πR² e de (4/3)πR³ pelo ângulo diedro, inclusive em fatias de laranja e em gomos de bola.
Deduzir e usar a área 4πR² (quatro círculos máximos, cilindro circunscrito de Arquimedes) e o volume (4/3)πR³ (semiesfera = cilindro − cone pelo princípio de Cavalieri; pirâmides de ápice no centro), com as razões 2:3 entre esfera e cilindro circunscrito e as regras de escala k² e k³.
Resolver esfera inscrita e circunscrita ao cubo e ao cilindro (aresta 2R, diagonal 2R, R² = r² + (h/2)²) e as razões de volume correspondentes.
Modelar a Terra como esfera de raio 6 371 km: meridianos e paralelos, latitude e longitude, 1° de meridiano ≈ 111 km, comprimento de um paralelo 2πR·cos φ, e explicar por que a rota mais curta é um arco de círculo máximo, com o excesso θh de um voo a altitude h.
Usar a rotação da Terra nos fusos horários (15° por hora, 4 minutos por grau) e reproduzir a medida de Eratóstenes do raio terrestre a partir de um ângulo de sombra e de uma distância.
Explicar por que a esfera não se planifica e, portanto, por que toda projeção cartográfica distorce ângulos, áreas ou distâncias; classificar as projeções cilíndrica, cônica e azimutal e as propriedades conforme (Mercator) e equivalente (Peters), lendo itens como o de 2025 do PAS 2.
Pegue uma bola de basquete, que tem 24 cm de diâmetro. Duas perguntas práticas: quanta borracha reveste a casca, e quanto ar cabe dentro? A primeira mede uma superfície e a segunda mede um sólido, e os dois números saem de fórmulas que não precisam de nenhuma planificação, porque a casca de uma bola não se abre sobre a mesa como a de uma lata. Troque a bola pela Terra, que tem 6 371 km de raio, e as perguntas mudam de tamanho sem mudar de natureza: que comprimento tem o paralelo que passa por Brasília, quantos quilômetros valem um grau de latitude, por que a rota de um voo para Lisboa aparece no mapa como uma curva que sobe para o norte, e por que a Groenlândia, com 2,2 milhões de km², ocupa no mapa da parede quase o mesmo espaço que a África, com 30 milhões.
Esta página é a da esfera por inteiro: o que ela é, que figura um plano recorta nela, como se mede um gomo, de onde vêm a área 4πR2 e o volume 34πR3, como ela se encaixa num cubo e num cilindro, e o que acontece quando a esfera é a Terra, com meridianos, paralelos, fusos horários, a sombra de Eratóstenes e os mapas que sempre mentem um pouco. Os outros sólidos, com as suas seções, planificações e áreas, estão em Geometria espacial; a medida de arcos em radianos, que vai aparecer o tempo todo, está em Ciclo trigonométrico; os volumes dos prismas, cilindros, pirâmides e cones, que servem de comparação aqui, têm as suas páginas em Volume de prismas e cilindros e Volume de pirâmides e cones.
Uma bola e a sua casca não são a mesma coisa
Fixe um ponto O do espaço e um comprimento R. Os pontos que estão exatamente a R de O formam a superfície esférica: a casca, sem espessura, de centro O e raio R. Os pontos que estão a uma distância menor ou igual a R formam a esfera (ou bola), o sólido maciço. A linguagem escolar costuma chamar as duas de “esfera” e deixar o contexto decidir; a prova, não: “superfície da esfera” ou “casca” é a primeira, com área; “volume da esfera” é a segunda. Um item que pergunta pela área quer a casca; um item que pergunta por volume quer a bola.
Elementos da esfera
CentroO e raioR; o diâmetro é 2R, o maior segmento que cabe dentro da bola.
Eixo: qualquer reta que passa pelo centro. Os dois pontos em que o eixo fura a superfície são os polos desse eixo.
Pontos antípodas: dois pontos da superfície diametralmente opostos, como os polos de um mesmo eixo.
Sólido de revolução: a esfera é o que um semicírculo de raio R varre ao dar uma volta completa em torno do seu diâmetro; a superfície esférica é o que a semicircunferência varre. É por isso que a esfera tem a simetria que tem: ela é igual vista de qualquer direção.
Plano tangente: um plano que toca a superfície num único ponto; ele é perpendicular ao raio que chega a esse ponto e está a uma distância R do centro.
Nada disso tem aresta, vértice ou face: a esfera não é um poliedro, e a sua superfície não é feita de pedaços planos. É também a única superfície dos sólidos de ensino médio que não se planifica: não existe recorte plano que, dobrado ou enrolado sem esticar, feche uma esfera. A casca de uma laranja descascada numa peça só se parte ou se amassa quando é posta sobre a mesa. Esse fato, que parece uma curiosidade de cozinha, é o que obriga as fórmulas de área a vir por outro caminho e o que condena todos os mapas, no fim da página.
Todo corte de uma esfera é um círculo
Corte uma esfera por um plano. Qualquer plano, em qualquer inclinação. A figura da seção é sempre um círculo, e o raio dele depende apenas de uma coisa: a distância d do plano ao centro. A razão é um triângulo retângulo. Chame de M o pé da perpendicular baixada do centro O ao plano, e de P um ponto qualquer da curva de corte. O segmento OP é um raio da esfera, mede R; o segmento OM mede d e é perpendicular ao plano, logo perpendicular a MP. Pelo teorema de Pitágoras, MP2=R2−d2, um valor que não depende de qual P foi escolhido. Todos os pontos da seção estão à mesma distância de M: isso é um círculo de centro M e raio r=R2−d2.
A seção plana e o círculo máximo
Se um plano a uma distância d<R do centro corta uma esfera de raio R, a seção é um círculo de raio
r2=R2−d2(ou r=R2−d2).
Quanto mais longe do centro, menor o círculo; com d=R o plano é tangente e a “seção” é um ponto; com d>R o plano não toca a esfera.
Quando o plano passa pelo centro (d=0), a seção tem o raio da própria esfera, r=R: é um círculo máximo, a maior seção possível, e o seu contorno, uma circunferência de comprimento 2πR, divide a superfície em duas metades iguais, os hemisférios. Todas as outras seções são círculos menores. Por dois pontos da superfície que não sejam antípodas passa um único círculo máximo (o plano que contém os dois pontos e o centro); por dois antípodas passam infinitos.
O raio da seção vem de um triângulo retângulo: a hipotenusa é o raio R da esfera, um cateto é a distância d do plano ao centro, o outro é o raio r do círculo de corte. Pelo centro, d = 0 e r = R: círculo máximo. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido 1: o raio de uma seção. Uma esfera maciça de 10 cm de raio é serrada por um plano que passa a 6 cm do centro. Qual é a área da face do corte?
Estratégia: o corte é um círculo; o raio sai de r2=R2−d2; a área, de πr2.
Resolução:r2=102−62=100−36=64, logo r=8 cm. Área da face: π×82=64π≈201 cm².
Conferência: o triângulo 6,8,10 é o triângulo 3,4,5 dobrado, e a face de corte (64π) é menor que o círculo máximo (100π), como tem de ser para todo plano fora do centro. Se o item pedisse o corte a 8 cm do centro, a resposta seria r=6 e área 36π: a mesma tríade, com os catetos trocados.
A relação funciona nos três sentidos. Dados R e r, a distância do plano é d=R2−r2; dados d e r, o raio da esfera é R=r2+d2. Esse último uso é o de uma oficina que mede uma peça esférica quebrada: a borda da calota que sobrou é um círculo de raio r, a profundidade é conhecida, e R sai de Pitágoras. Também é o que resolve uma esfera que cabe dentro de um cilindro, mais adiante.
Esfera não faz elipse
Um plano inclinado corta um cilindro ou um cone numa elipse, e a tentação é estender isso à esfera: “corte torto, figura oval”. Não há corte torto numa esfera, porque ela não tem eixo privilegiado: o triângulo OMP existe para qualquer plano, e a seção é um círculo sempre. O desenho em perspectiva de um globo mostra os paralelos como elipses, mas isso é o efeito da perspectiva sobre círculos, não a forma deles. Um item que afirme que alguma seção plana da esfera “é uma elipse” está errado.
Numa esfera há mais duas famílias de regiões que valem uma menção, porque aparecem em itens de vestibular com a fórmula fornecida. A calota esférica é o pedaço da superfície que um plano separa de um lado (a tampa de uma laranja cortada), e a zona esférica é a faixa entre dois planos paralelos; a área das duas é 2πRh, em que h é a altura da faixa medida ao longo do eixo perpendicular aos planos. O segmento esférico é o sólido correspondente à calota. Quando um item usa esses nomes, ele traz a fórmula no enunciado; o que ele cobra é a leitura de h e de R, em geral com a relação r2=R2−d2 no meio.
Fatias de laranja: fuso e cunha
Abra uma laranja em gomos. Cada gomo é limitado por dois semiplanos que saem do mesmo eixo (o eixo que liga os dois “polos” da fruta), e a casca de cada gomo é uma região da superfície esférica com a forma de um olho alongado. Essa casca é um fuso esférico; o gomo inteiro, casca e polpa, é uma cunha esférica. O que decide o tamanho dos dois é o ângulo α entre os dois semiplanos, medido no eixo: uma laranja partida em 8 gomos iguais tem gomos de 360°÷8=45°.
Fuso e cunha
Para o ângulo diedro α (em graus) numa esfera de raio R:
Afuso=360°α⋅4πR2,Vcunha=360°α⋅34πR3.
Em radianos, as frações viram 2πα: Afuso=2αR2 e Vcunha=32αR3. A regra é só uma: fuso e cunha são a mesma fração da esfera inteira que o ângulo é da volta completa. Com α=360° recupera-se a esfera; com α=180°, o hemisfério (2πR2 de casca, 32πR3 de volume); com α=90°, um quarto.
O fuso é a casca do gomo e a cunha é o gomo inteiro; os dois valem a fração α/360° da esfera, porque girar o semiplano de 360° percorre a esfera toda. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido 2: o gomo da laranja. Uma laranja com 9 cm de diâmetro é repartida em 12 gomos iguais. Com π≈3,14, quanto mede a casca de um gomo, e que volume tem o gomo?
Estratégia: raio 4,5 cm; cada gomo é 121 da esfera; calcule a esfera inteira e divida.
Resolução: casca inteira 4πR2=4×3,14×20,25=254,3 cm²; um gomo tem 21,2 cm² de casca. Volume inteiro 34πR3=34×3,14×91,1≈381,5 cm³; um gomo tem 31,8 cm³.
Conferência: o ângulo do gomo é 30°, e 36030=121, a fração usada. Se a mesma laranja fosse partida em 8 gomos de 45°, cada um teria 31,8 cm² de casca e 47,7 cm³ de polpa: gomo maior, mesma esfera.
O fuso e a cunha são o jeito mais limpo de a prova cobrar as duas fórmulas da esfera ao mesmo tempo, e o erro clássico é aplicar a fração a só uma delas, ou confundir o ângulo do gomo (medido no eixo) com o ângulo central de um arco (medido num círculo máximo). O gomo tem ângulo entre planos; o arco tem ângulo entre raios. Os dois usam frações da volta, mas de voltas diferentes: uma em torno do eixo, outra ao longo de uma circunferência.
Arquimedes e a lata que abraça a bola
Como a casca não se desenrola, a área da esfera não pode vir de uma planificação. Ela veio, no século III a.C., de uma comparação que Arquimedes considerou a mais bela do seu trabalho, a ponto de pedir que fosse gravada no seu túmulo: uma esfera e o cilindro que a envolve com justeza. Tome a esfera de raio R e a lata mais apertada em que ela cabe: um cilindro de raio R e altura 2R, tangente à esfera no equador e nas duas tampas. A superfície lateral dessa lata é um retângulo desenrolado de base 2πR e altura 2R, com área 4πR2. O resultado de Arquimedes é que a casca da esfera tem exatamente a área da lateral da lata: cada faixa horizontal da esfera, por mais estreita que seja, tem a mesma área que a faixa da lata à mesma altura, porque o que a esfera perde em raio ela ganha em inclinação, na mesma proporção.
Área da superfície esférica
A=4πR2.
Leituras equivalentes, todas úteis na prova:
Quatro círculos máximos: a casca vale quatro vezes a área πR2 do círculo de corte pelo centro.
A lateral do cilindro circunscrito: 2πR×2R.
Dois terços da área total do cilindro circunscrito: a lata tem lateral 4πR2 mais duas tampas de πR2, total 6πR2; a esfera é 64=32 disso.
Hemisfério: a casca curva de meia esfera mede 2πR2. Se o item quiser incluir o círculo que fecha a cúpula, ele diz; aí são 3πR2.
Escala: multiplicar o raio por k multiplica a área por k2.
A lata justa em volta da bola: a lateral do cilindro tem a mesma área que a casca da esfera, e a esfera vale dois terços do cilindro tanto em área total quanto em volume. Diagrama autoral.
Volte à bola de basquete da abertura: raio 12 cm, casca 4π×144=576π≈1810 cm², quase três folhas de papel A4 (624 cm² cada) de borracha. A bola de futebol de salão, com 10 cm de raio, tem 400π≈1257 cm²; uma bolinha de pingue-pongue, com 2 cm de raio, 16π≈50 cm². De uma para a outra, o raio cai 6 vezes e a área cai 36.
Exemplo resolvido 3: a cúpula. Um observatório tem uma cúpula semiesférica de 5 m de raio que vai receber pintura refletiva por fora. Cada lata de tinta cobre 20 m². Quantas latas são necessárias, com π≈3,14?
Estratégia: casca de hemisfério, 2πR2; só a casca, porque o círculo de baixo é o chão do observatório.
Resolução:2×3,14×25=157 m². Dividindo por 20: 7,85, logo 8 latas.
Conferência: a esfera inteira de 5 m teria 314 m² de casca, o dobro, e uma lata circunscrita teria lateral de 314 m² também. Quem esquece o “semi” compra 16 latas; quem usa πR2 compra 4 e fica sem tinta pela metade.
O diâmetro não é o raio, e o "semi" não é opcional
Dois escorregões respondem pela maior parte dos erros com 4πR2. O primeiro é tomar o diâmetro do enunciado como raio: uma bola de 20 cm de diâmetro tem R=10 e casca de 400π, não 1600π. O segundo é tratar a semiesfera como “metade de πR2” ou como a esfera inteira: a casca de uma cúpula é 2πR2, nem mais, nem menos. Os itens de limiar da banca (“gastou-se mais de 25 000 m² de metal”) são calibrados para separar quem converteu de quem não converteu.
O volume sem integral: Cavalieri e as pirâmides
A fórmula do volume também é de Arquimedes, e também tem uma demonstração que cabe numa página. Há duas, na verdade, e as duas valem a pena, porque cada uma ensina uma coisa diferente.
Primeira demonstração: a semiesfera é um cilindro menos um cone. Ponha uma semiesfera de raio R sobre a mesa, com a face plana para baixo. Ao lado, um cilindro de mesmo raio R e de altura também R, de cujo interior se retirou um cone invertido, com a ponta no centro da base do cilindro e a boca na tampa de cima. Corte os dois sólidos por um plano horizontal a uma altura h qualquer. Na semiesfera, a seção é um círculo de raio R2−h2 (é a relação da seção, com d=h), de área π(R2−h2). No cilindro furado, a seção é uma coroa circular: o círculo grande do cilindro, de raio R, menos o círculo do cone naquela altura, que tem raio h (porque o cone tem raio igual à altura, e a seção à altura h é semelhante à base na razão h/R); a área da coroa é πR2−πh2. As duas seções têm a mesma área em toda altura. O princípio de Cavalieri conclui que os dois sólidos têm o mesmo volume:
Vsemiesfera=Vcilindro−Vcone=πR3−3πR3=32πR3.
Dobrando, chega-se à bola inteira.
Em qualquer altura h, a seção circular da meia bola e a coroa do cilindro furado têm a mesma área; por Cavalieri, os volumes empatam, e o da meia bola sai como cilindro menos cone. Diagrama autoral.
Segunda demonstração: pirâmides com a ponta no centro. Recubra a superfície da esfera com polígonos minúsculos e ligue os vértices de cada um ao centro: a esfera fica repartida em pirâmides finíssimas, todas com o ápice em O e altura praticamente igual a R. O volume de cada pirâmide é 31 da base vezes a altura, e a soma de todas as bases é a área da casca, 4πR2:
V=31⋅(4πR2)⋅R=34πR3.
Essa é a versão que liga a área ao volume numa linha só, e a que explica por que o volume da esfera é “um terço do raio vezes a área”. É também o motivo de a fórmula ter um 34: ele é o 31 da pirâmide multiplicado pelo 4 dos quatro círculos máximos.
Volume da esfera
V=34πR3,Vhemisfeˊrio=32πR3.
Escala: raio vezes k, volume vezes k3. Raio dobrado, oito vezes mais volume; raio pela metade, um oitavo.
Cilindro circunscrito (raio R, altura 2R): volume 2πR3. A esfera ocupa 32 dele, e o cilindro é 50% maior que a esfera (a razão 3:2, lida ao contrário).
Cone de mesma base e altura que o cilindro circunscrito (raio R, altura 2R): volume 32πR3. Cone, esfera e cilindro ficam na razão 1:2:3.
Como o raio entra ao cubo, um erro de 10% no raio vira um erro de cerca de 33% no volume.
Um tanque esférico de gás com 3 m de raio guarda 34π×27=36π≈113 m³. Um tanque de 6 m de raio guarda 288π≈905 m³: oito vezes mais com o dobro do raio, e só quatro vezes mais chapa de aço na casca (36π contra 144π m²). É por essa diferença entre k2 e k3 que tanques grandes são mais econômicos por litro, e também por ela que um elefante precisa de orelhas enormes para perder o calor que o seu volume produz.
A regra de escala responde a perguntas que parecem exigir conta e não exigem. Se uma partícula esférica de gel absorve água e tem o volume multiplicado por 100 mantendo a forma, o raio fica multiplicado por 3100≈4,64: mais de quatro vezes. Se a bola de gude tem 1,6 cm de diâmetro e a bola de boliche, 21,6 cm, a razão de raios é 13,5 e a de volumes é 13,53≈2460: dois mil e quinhentas bolas de gude dentro de uma de boliche, se não houvesse vazios. E se alguém quiser espalhar a superfície da Terra, 4π×63712 km², num disco plano de mesma área, o disco precisa ter raio 2×6371=12742 km e diâmetro de 25484 km, o dobro do raio da Terra, porque πr2=4πR2 dá r=2R.
Exemplo resolvido 4: a esfera e o cilindro de mesmo volume. Uma indústria troca frascos esféricos de raio 3 cm por frascos cilíndricos de raio 2 cm e mesma capacidade. Que altura deve ter o cilindro?
Estratégia: iguale os volumes e resolva para h.
Resolução:34π×27=π×4×h, logo 36π=4πh e h=9 cm.
Conferência: o cilindro de raio 2 e altura 9 tem 36π; a esfera de raio 3, 36π também. O π cancelou, como sempre cancela quando os dois sólidos são de revolução. Repare que h=9 é maior que o diâmetro da esfera (6): o frasco novo é mais estreito e mais alto.
A esfera dentro e fora de outros sólidos
As posições de encaixe entre a esfera e os sólidos de faces planas ou de revolução geram uma família de itens que só precisam de uma relação de medidas cada um. O segredo é desenhar a seção pelo centro que contém a informação, e o problema vira geometria plana.
Inscrição e circunscrição
Esfera inscrita num cubo de aresta a (tangente às seis faces): R=2a. A esfera ocupa a334π(a/2)3=6π≈52,4% do cubo.
Esfera circunscrita a um cubo de aresta a (passa pelos oito vértices): o diâmetro é a diagonal do cubo, 2R=a3, logo R=2a3. O cubo ocupa 34πR3a3=π32≈36,8% da esfera.
Esfera circunscrita a um paralelepípedo de arestas a, b, c: 2R=a2+b2+c2.
Esfera inscrita num cilindro (equilátero, altura 2R e raio R): razão de volumes esfera : cilindro =2:3; a lateral do cilindro tem a área da esfera.
Cilindro inscrito numa esfera (raio da base r, altura h, bordas das tampas sobre a superfície): a seção pelo eixo é um retângulo 2r×h inscrito no círculo máximo, e a diagonal do retângulo é o diâmetro:
R2=r2+(2h)2.
Esfera e cone equilátero (geratriz igual ao diâmetro da base): a seção pelo eixo é um triângulo equilátero de lado 2r; a esfera inscrita tem o raio do círculo inscrito nesse triângulo, 3r3, e a circunscrita, o raio do círculo circunscrito, 32r3.
Cada encaixe se resolve numa seção pelo centro: a diagonal do cubo, a diagonal do retângulo inscrito no círculo máximo, a altura 2R do cilindro justo. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido 5: as duas esferas de um cubo. Um cubo tem 10 cm de aresta. Calcule o raio e o volume da esfera inscrita e da esfera circunscrita, e compare.
Estratégia: inscrita, R=a/2; circunscrita, R=a3/2, com 3≈1,73.
Resolução: inscrita: R=5 cm, V=34π×125≈523,6 cm³, pouco mais da metade dos 1000 cm³ do cubo. Circunscrita: R=5×1,73=8,65 cm, V=34π×8,653≈34π×647≈2711 cm³, quase o triplo do cubo.
Conferência: a razão entre os raios é 3, e a razão entre os volumes deve ser (3)3=33≈5,2: de fato 2711÷523,6≈5,2. O cubo fica entre as duas esferas, com 52% de ar dentro de si na primeira e ocupando 37% da segunda.
Exemplo resolvido 6: a lata dentro da bola. Uma lata cilíndrica de 8 cm de altura cabe exatamente dentro de uma esfera de 5 cm de raio, com as bordas das duas tampas tocando a superfície. Qual é o raio da lata?
Estratégia: seção pelo eixo: retângulo 2r×8 inscrito num círculo de raio 5.
Resolução:52=r2+42, logo r2=9 e r=3 cm.
Conferência: o retângulo tem lados 6 e 8 e diagonal 10, o diâmetro da esfera. A lata ocupa π×9×8=72π dos 34π×125≈166,7π da esfera: 43%. Se a lata fosse mais baixa, seria mais larga; a mais volumosa de todas as latas que cabem numa esfera de raio R tem altura 32R, resultado de otimização que a prova não cobra, mas que explica por que nem a mais alta nem a mais larga vence.
A Terra como esfera: meridianos, paralelos e coordenadas
A Terra não é uma esfera perfeita: é achatada nos polos, com raio equatorial de 6 378 km e raio polar de 6 357 km. A diferença, de 21 km, é um terço de um por cento, e para toda conta de prova a Terra é uma esfera de raio médio 6 371 km (as provas costumam arredondar para 6 370 ou 6 400). A circunferência de um círculo máximo é 2π×6371≈40030 km: é a volta ao mundo pelo equador ou por qualquer par de meridianos opostos.
Coordenadas geográficas
Eixo da Terra: a reta em torno da qual ela gira; os polos Norte e Sul são onde o eixo fura a superfície.
Equador: o círculo máximo perpendicular ao eixo; divide a Terra em hemisférios Norte e Sul.
Paralelos: os círculos menores paralelos ao equador. Um paralelo de latitudeφ fica a φ graus do equador, medidos no centro da Terra, e tem raio Rcosφ e comprimento 2πRcosφ.
Meridianos: as semicircunferências de círculos máximos que vão de polo a polo. O meridiano de Greenwich é a origem da longitudeλ, medida de 0° a 180° para leste ou para oeste; o meridiano de λ e o de 180°−λ do outro lado formam juntos um círculo máximo.
Um ponto fica determinado por (latitude, longitude): Brasília está em 15,8° S, 47,9° W; Lisboa em 38,7° N, 9,1° W.
Um grau ao longo de um meridiano vale 36040030≈111,2 km, e um minuto de arco (1/60 de grau) vale 1,85 km: é a milha náutica. Um grau de longitude, por outro lado, vale 111,2cosφ km, porque os meridianos se aproximam rumo aos polos.
Latitude é o ângulo subido a partir do equador, longitude é o ângulo girado a partir de Greenwich; o paralelo de latitude φ é um círculo de raio R·cos φ, cada vez menor rumo aos polos. Diagrama autoral.
Por que o paralelo tem raio Rcosφ: o centro do paralelo está sobre o eixo, a uma distância Rsinφ do centro da Terra (é o cateto vertical do triângulo que liga o centro ao ponto, com hipotenusa R e ângulo φ), e o raio do paralelo é o cateto horizontal, Rcosφ. Confere com a relação da seção: r2=R2−d2=R2−R2sin2φ=R2cos2φ. O paralelo de Brasília, a 15,8° S, tem comprimento 40030×cos15,8°≈40030×0,962≈38500 km; o paralelo de 60° tem metade do equador, 20015 km, porque cos60°=21; o Círculo Polar Ártico, a 66,5°, tem 16000 km; o polo é um paralelo de comprimento zero.
Conferência: a 60° o paralelo tem metade do comprimento do equador, então os mesmos 30° valem metade dos quilômetros. E 1757 km é a distância de Brasília até um ponto do Amapá sobre a linha do equador, compatível com a geografia: a reta no mapa entre Brasília e Macapá tem perto de 1800 km.
O caminho mais curto curva no mapa
Sobre um plano, a menor distância entre dois pontos é um segmento de reta. Sobre a superfície de uma esfera, não há retas; a curva que faz o papel da reta chama-se geodésica, e na esfera as geodésicas são os círculos máximos. A rota mais curta entre dois pontos da superfície é o menor arco do círculo máximo que passa pelos dois, e o comprimento desse arco é o ângulo central vezes o raio.
Distância sobre a esfera
Se dois pontos da superfície de uma esfera de raio R são vistos do centro sob um ângulo θ, a menor distância entre eles pela superfície é
ℓ=θR(θ em radianos)ouℓ=360°θ⋅2πR(θ em graus).
Dois pontos antípodas (θ=180°) estão a πR um do outro: na Terra, 20015 km, e há infinitos caminhos mínimos entre eles. A distância em linha reta, atravessando o interior, é a corda 2Rsin2θ, sempre menor que o arco; a prova quase nunca a usa, mas a confusão entre arco e corda é um distrator possível.
Um objeto que percorre o mesmo ângulo central a uma altura h acima da superfície descreve um arco de raio R+h:
ℓh=θ(R+h)=θR+θh,
e o acréscimo em relação ao trajeto no solo é θh: o ângulo (em radianos) vezes a altura, e não “a altura somada duas vezes”.
Esse último ponto é exatamente o que um item do PAS 2 de 2024 cobrou, com o voo de Brasília a Lisboa a 10 km de altitude: a distância no solo dividida pelo raio da Terra dá o ângulo em radianos, e o ângulo vezes 10 km dá o excesso, da ordem de uma dezena de quilômetros numa viagem de mais de sete mil. Com números próprios: um voo de 2 500 km no solo, a 11 km de altitude, tem θ=2500÷6371≈0,392 rad e excesso 0,392×11≈4,3 km. Onze quilômetros são menos de dois milésimos do raio terrestre, e o caminho cresce exatamente nessa proporção: 4,3 km em 2 500. A intuição de que a rota aérea é “muito maior” não sobrevive à divisão.
A consequência mais surpreendente da geodésica é que o paralelo não é a rota mais curta entre dois pontos de mesma latitude, a não ser no equador. Pense em dois pontos sobre o paralelo de 60° N em longitudes opostas, 0° e 180°: um na Noruega, outro no Alasca. Ao longo do paralelo, meia volta de uma circunferência de 20015 km: 10008 km. Pelo polo Norte, sobe-se 30° de meridiano e desce-se outros 30° do outro lado: 60×111,2≈6672 km, um terço a menos. Sobre o paralelo de 45° a economia ainda é grande: 14150 km pelo paralelo contra 10008 km pelo polo. A rota pelo polo é o arco do círculo máximo (os dois meridianos opostos formam um), e por isso os voos entre a Europa e a costa oeste da América do Norte cruzam a Groenlândia e o Canadá ártico em vez de seguir a latitude.
Mesmos pontos, duas rotas: a que segue o paralelo (ou aparece reta no mapa) e a que segue o círculo máximo, curva no papel e mínima na esfera. Diagrama autoral.
Os navegadores têm dois nomes para isso. A ortodromia é o arco de círculo máximo, o caminho mínimo; a loxodromia é a rota de rumo constante, a que corta todos os meridianos no mesmo ângulo e que, num mapa de Mercator, é uma reta. Navegar em loxodromia é cômodo (a bússola marca sempre o mesmo rumo) e navegar em ortodromia é mais curto (o rumo muda o tempo todo). Um avião moderno voa em ortodromia corrigida pelo vento, e o traçado dele num mapa plano é a curva que parece um desvio.
Exemplo resolvido 8: a rota pelo paralelo e a rota pelo polo. Duas cidades estão sobre o paralelo de 60° N, com longitudes 30° W e 150° E. Compare a distância pelo paralelo com a distância pelo círculo máximo. Use R=6371 km.
Estratégia: as longitudes diferem em 180°, logo os pontos estão em meridianos opostos e o círculo máximo que os liga passa pelo polo. Pelo paralelo: meia circunferência de raio Rcos60°. Pelo polo: dois arcos de 30° de meridiano.
Resolução: pelo paralelo, π×6371×0,5≈10008 km. Pelo polo, 60°×111,2≈6672 km. A rota polar economiza 3336 km, um terço.
Conferência:6672 km é um sexto da volta (60° de 360°); 10008 km é um quarto da volta (πR é meia volta, e metade disso é um quarto). Um sexto é menor que um quarto. Se as cidades estivessem no equador com 180° de diferença, as duas rotas seriam a mesma meia volta, 20015 km, porque o equador é círculo máximo.
"Mesmo ângulo, raio maior" não é "mais 10 km em cada ponta"
No item do voo, dois erros aparecem. O primeiro é somar a altitude ao comprimento (“10 km para subir, 10 km para descer”): a altitude é um raio maior, não um trecho a mais. O segundo é imaginar que a diferença é proporcional à distância de um jeito enorme; ela é proporcional ao ângulo, e o ângulo de qualquer viagem terrestre é no máximo π: o excesso máximo possível, para antípodas, é πh, uns 31 km a 10 km de altitude. Faça θ=ℓ/R e multiplique por h.
Relógio e sombra: fusos horários e Eratóstenes
A Terra dá uma volta completa em torno do eixo em 24 horas. Volta completa são 360° de longitude, logo o Sol “avança” sobre a Terra 360°÷24=15° por hora e 1° a cada 4 minutos. Daí os fusos horários: faixas de 15° de longitude dentro das quais, por convenção, vale a mesma hora, numeradas a partir do fuso de Greenwich (UTC). Cada fuso para leste adianta uma hora, cada fuso para oeste atrasa uma hora. Brasília está em UTC$-3$: quando é meio-dia em Londres no inverno, são 9 h em Brasília; Tóquio está em UTC$+9$, doze horas à frente de Brasília. O Brasil continental usa UTC$-3$ na maior parte do território, UTC$-4$ em Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Rondônia, Roraima e Amazonas, e UTC$-5$ no Acre e no oeste do Amazonas; Fernando de Noronha fica em UTC$-2$.
Há uma diferença entre a hora legal, a do fuso, e a hora solar de um lugar, a que marca meio-dia quando o Sol cruza o meridiano local. Dentro de um fuso de 15°, a hora solar varia uma hora inteira de uma borda à outra: na borda oeste o Sol culmina 30 minutos depois do que no meridiano central. Um item que dê a longitude exata de uma cidade e pergunte “que horas são, no relógio, quando o Sol está a pino sobre o meridiano central do fuso” quer esse ajuste: a cidade a 50° W, cujo fuso tem centro em 45° W, vê o Sol culminar 5×4=20 minutos depois do centro do fuso; quando o Sol está sobre o meridiano central, o relógio local marca meio-dia e, na cidade, o Sol ainda vai levar 20 minutos para culminar.
Exemplo resolvido 9: a chamada de vídeo. Uma reunião é marcada para as 15 h de Brasília (UTC$-3$). Que horas serão em Tóquio (UTC$+9$) e em Los Angeles (UTC$-8$)?
Estratégia: diferença de fusos em horas; some para leste, subtraia para oeste.
Resolução: Tóquio está 9−(−3)=12 h à frente: 3 h da manhã do dia seguinte. Los Angeles está −8−(−3)=−5 h: 10 h da manhã do mesmo dia.
Conferência: de Los Angeles a Tóquio vão 9−(−8)=17 h, e de fato 10 h +17 h =3 h do dia seguinte. A linha internacional de data, perto de 180°, é onde o calendário vira; sem ela, dar a volta somando uma hora por fuso chegaria a um dia a mais.
A mesma geometria, lida ao contrário, foi o que permitiu a Eratóstenes de Cirene medir a Terra por volta de 240 a.C., sem sair do Egito. Ele sabia que, ao meio-dia do solstício de verão, o Sol iluminava o fundo de um poço em Siena (a atual Assuã): estava a pino, sem sombra. No mesmo instante, em Alexandria, quase no mesmo meridiano e ao norte, uma haste vertical projetava uma sombra que correspondia a um ângulo de 7,2°, a quinquagésima parte de 360°. Como os raios do Sol chegam praticamente paralelos, esse ângulo é o ângulo central entre as duas cidades, vistas do centro da Terra: elas estão separadas por 1/50 da volta. A distância entre as cidades, que os caminhantes do reino mediam em estádios, era de cerca de 5 000 estádios, logo a volta inteira valia 250000 estádios. Convertida com o estádio de uns 157 m, dá perto de 39 000 km, a 2% do valor atual; com o estádio de 185 m, dá 46 000 km. O método é exato; a incerteza estava na régua.
Refazendo Eratóstenes com números de hoje
Duas cidades no mesmo meridiano, separadas por 800 km, medem ao mesmo tempo o ângulo da sombra de uma haste vertical e encontram uma diferença de 7,2°. Como 360°÷7,2°=50, a volta inteira mede 50×800=40000 km, e o raio é 40000÷(2×3,14)≈6370 km. Duas varetas, um transferidor e um odômetro; é um experimento que escolas de cidades diferentes repetem todo ano por videoconferência. A lógica é a da seção de arco: o ângulo que os raios paralelos do Sol revelam é o ângulo central, e a distância no solo é o arco.
Por que todo mapa plano mente
A esfera não se planifica. Isso não é uma limitação de habilidade dos cartógrafos: é um teorema. Gauss provou, em 1827, que a curvatura de uma superfície não muda quando ela é dobrada sem esticar, e uma esfera tem curvatura diferente de zero enquanto o plano tem curvatura zero; logo não existe mapa plano da esfera, nem de um pedaço dela, que conserve todas as distâncias. O que o cartógrafo pode fazer é escolher o que sacrificar. Para isso, projeta-se a superfície da esfera sobre uma superfície auxiliar que, essa sim, se desenrola, ou diretamente sobre um plano.
As projeções e as suas propriedades
Pela superfície auxiliar:
Cilíndrica: cilindro tangente ao equador. Meridianos viram retas verticais igualmente espaçadas e paralelos viram retas horizontais; a distorção cresce com a latitude e os polos não cabem no mapa (estão no infinito). É a base dos mapas-múndi retangulares.
Cônica: um cone apoiado sobre a esfera ao longo de um paralelo intermediário (ou que a atravessa em dois paralelos). Meridianos viram retas que convergem para um ponto, paralelos viram arcos concêntricos; pouca distorção perto do paralelo de contato. É a escolha para países e regiões de latitudes médias.
Azimutal (plana): a superfície auxiliar é um plano encostado na esfera, quase sempre num dos polos. A vizinhança do ponto de contato sai fiel, e os meridianos saem do polo como raios. É o mapa da Antártida e do Ártico.
Pela propriedade conservada:
Conforme: conserva os ângulos (e, portanto, as formas locais); as áreas se deformam. Mercator (1569) é a projeção cilíndrica conforme: nela, uma rota de rumo constante é uma reta, o que a fez a carta dos navegadores.
Equivalente: conserva as áreas; os ângulos e as formas se deformam. A projeção de Gall–Peters (1855/1973) é cilíndrica equivalente, e nela a África aparece com o tamanho que tem.
Equidistante: conserva as distâncias a partir de um ponto ou ao longo de certas linhas, nunca todas.
O que nenhuma projeção consegue: ser ao mesmo tempo conforme e equivalente, ou conservar todas as distâncias. Mapa “sem distorções” não existe.
A deformação de Mercator tem uma conta simples. Para manter os ângulos, o mapa estica cada paralelo até o comprimento do equador: um paralelo de latitude φ, que mede 2πRcosφ, é desenhado com 2πR, um fator cosφ1 na horizontal; para a forma local não ficar achatada, a escala vertical é esticada pelo mesmo fator. A área fica multiplicada por cos2φ1: 4 vezes a 60°, 8,5 vezes a 70°, 33 vezes a 80°. A Groenlândia, centrada perto de 72° N, aparece cerca de dez vezes maior do que a sua área real relativa; o Brasil, cortado pelo equador, aparece quase no tamanho certo. Daí a imagem familiar da Groenlândia “do tamanho da África” num mapa em que a África, com 30,4 milhões de km², é catorze vezes a Groenlândia, com 2,2 milhões.
situação
projeção adequada
o que se conserva
o que se perde
carta náutica para seguir um rumo de bússola
cilíndrica conforme (Mercator)
ângulos; loxodromia é reta
áreas infladas nas latitudes altas
comparar a extensão territorial de países
cilíndrica equivalente (Gall–Peters) ou outra equivalente
áreas
formas esticadas perto do equador, achatadas perto dos polos
mapa de um país de latitude média (Argentina, Estados Unidos)
O primeiro item do PAS sobre projeções, em 2025, veio num bloco de leitura ancorado num texto sobre a esfericidade da Terra, e a banca o classificou em Geografia. A frase a julgar dizia que a curvatura da Terra “propicia a exata localização de pontos na superfície do planeta, sem distorções” na representação cartográfica. A primeira metade é verdadeira (a curvatura importa para os mapas); a segunda é o oposto do teorema: a curvatura é justamente o que torna impossível a representação plana sem distorção. Item errado, decidido por uma só palavra: “sem”.
Leia como na prova: o globo desenhado e o mapa plano
Os itens de esfera chegam em três embalagens, e cada uma pede uma leitura.
A figura do globo com ângulos. Um desenho mostra a Terra com o eixo, o equador, um ou dois meridianos e um ponto P com a latitude marcada como ângulo no centro. O que o item costuma pedir: a distância de P ao equador ao longo do meridiano (graus vezes 111 km), o comprimento do paralelo de P (2πRcosφ), ou a projeção de um trajeto sobre um plano paralelo ao equador. Nesse último caso, use a regra: um arco de meridiano se projeta num segmento de reta que aponta para o centro (porque o plano do meridiano contém o eixo, perpendicular ao plano de projeção), e um arco do equador ou de um paralelo se projeta num arco de circunferência. Um trajeto “um quarto de meridiano, um quarto de equador, um quarto de outro meridiano” vira, visto de cima, um setor circular de 90°: dois raios e um arco. O ENEM de 2022 cobrou exatamente isso, com duas trajetórias em meridianos perpendiculares.
O perfil (seção pelo centro). Um sólido composto com uma semiesfera, uma esfera numa lata, uma bola num cubo: corte pelo centro e a figura vira um semicírculo sobre um triângulo, um círculo num retângulo, um círculo num quadrado. Todas as medidas que o item usa estão nessa figura plana.
O mapa plano. Quando o item traz um mapa-múndi retangular com a rota de um avião desenhada como curva, ou compara o tamanho de dois países “no mapa”, a pergunta é sobre a projeção: a curva é um arco de círculo máximo (a rota reta na esfera), e a comparação de áreas em Mercator não vale. Quando o item traz um esquema de fusos, com meridianos de 15° em 15° e a hora de cada faixa, a conta é 15° por hora e 4 minutos por grau, e o cuidado é separar a hora do fuso da hora solar da cidade.
Como a banca pergunta
Limiar numérico sobre a casca ou sobre o volume. “A área da superfície é superior a 25 000 m²”, “o volume dos frutos é maior que 200 cm³”: calcule exato, com o π que o item fornece, e só depois compare. Os limiares ficam perto do valor certo e longe do valor de quem usou o diâmetro como raio ou esqueceu o “semi”.
Razão entre sólidos encaixados. “O volume do cilindro é 50% maior que o da esfera inscrita”, “a esfera ocupa mais da metade do cubo”: as razões 3:2, 2:3, π/6 e (3)3 decidem sem conta nova.
Arco de círculo máximo com limiar ou tipo B. Ângulo central e raio dados, ou distância no solo e altitude: ℓ=θR, excesso θh. O item de 2024 foi desse molde, e as variantes com resposta numérica (multiplicar por 100 e truncar) são as mais prováveis para um tipo B.
Afirmação de forma ou de propriedade. “Toda seção plana da esfera é um círculo”, “o menor caminho segue o paralelo”, “dois círculos máximos podem não se cruzar”, “a projeção conserva ângulos e áreas”: conceitos puros, sem número. Aqui a palavra decisiva é um “sempre”, um “nunca” ou um “sem”.
Fuso horário em contexto de viagem. Hora de saída, duração, hora de chegada em outro fuso; ou longitude e hora solar. Some para leste, subtraia para oeste, 15° por hora.
Item interdisciplinar colado num texto de outra área. Um texto sobre a esfericidade da Terra, sobre um fruto, sobre um depósito de carvão: o número que a conta usa está no item, não no texto. Leia os substantivos do item (raio, altitude, diâmetro, latitude) e vá direto a eles.
Os erros que a banca planta
Diâmetro no lugar do raio. Um fruto de 1 cm de diâmetro tem R=0,5; a casca é π cm², não 4π.
Semiesfera como πR2 ou como 4πR2. A casca de meia esfera é 2πR2; com o círculo da base, 3πR2.
Seção “torta” como elipse. Qualquer plano recorta na esfera um círculo, inclinado ou não.
Paralelo como círculo máximo. Só o equador é; os demais paralelos têm raio Rcosφ<R. Meridianos são semicírculos máximos.
Paralelo como caminho mínimo. Dois pontos num mesmo paralelo que não seja o equador estão mais perto um do outro pelo círculo máximo, que passa mais perto do polo.
Altitude somada em vez de multiplicada. O excesso do voo é θh, com θ em radianos; não é 2h nem “proporcional à distância de qualquer jeito”.
Fração aplicada a uma fórmula só. Fuso e cunha são a mesma fração α/360° da casca e do volume, respectivamente.
Ângulo do gomo confundido com ângulo do arco. O fuso usa o ângulo entre semiplanos no eixo; o arco usa o ângulo entre raios num círculo máximo.
Escala linear aplicada a área e volume. Raio ×2 é área ×4 e volume ×8; volume ×100 é raio ×4,64, não ×100 nem ×10.
Diagonal da face no lugar da diagonal do cubo. A esfera circunscrita ao cubo tem diâmetro a3, não a2.
Projeção “sem distorções”. Não existe. Conforme (ângulos) ou equivalente (áreas), nunca os dois; Mercator conserva ângulos e infla áreas, Peters conserva áreas e deforma formas.
Fuso com sinal trocado. Para leste a hora aumenta; para oeste, diminui. Atravessar a linha de data muda o dia.
Arco confundido com corda. A distância pela superfície é o arco θR; a corda 2Rsin(θ/2) é menor e atravessa o interior.
O essencial em meia página
Esfera: superfície esférica (casca, área) × bola (sólido, volume). Centro O, raio R, diâmetro 2R, eixo e polos; sólido de revolução do semicírculo.
Seção plana a distância d do centro: círculo de raio r com r2=R2−d2. Pelo centro: círculo máximo, raio R, contorno 2πR, divide em hemisférios. Nunca elipse.
Fuso (casca) e cunha (sólido) de ângulo α: fração 360°α de 4πR2 e de 34πR3.
ÁreaA=4πR2 (quatro círculos máximos; lateral do cilindro circunscrito); hemisfério 2πR2; escala k2. Calota e zona: 2πRh (fórmula dada no item).
VolumeV=34πR3 (Cavalieri: semiesfera = cilindro − cone, πR3−31πR3; ou 31⋅4πR2⋅R); hemisfério 32πR3; escala k3; esfera : cilindro circunscrito =2:3 em área total e em volume; cone : esfera : cilindro =1:2:3.
Encaixes: inscrita no cubo R=a/2 (π/6≈52%); circunscrita ao cubo 2R=a3; cilindro inscrito R2=r2+(h/2)2; paralelepípedo 2R=a2+b2+c2.
Terra: R≈6371 km, volta ≈40030 km, 1° de meridiano ≈111 km, 1′≈1,85 km; paralelo de latitude φ mede 2πRcosφ; equador é o único paralelo máximo; meridianos opostos formam um círculo máximo.
Geodésica: menor caminho pela superfície = arco de círculo máximo, ℓ=θR (radianos) ou 360°θ2πR; antípodas πR; a altitude h acrescenta θh; o paralelo não é mínimo fora do equador; loxodromia (rumo fixo, reta em Mercator) × ortodromia (círculo máximo).
Fusos: 15° por hora, 4 min por grau; leste adianta, oeste atrasa; hora legal × hora solar. Eratóstenes: ângulo da sombra = ângulo central; 7,2°=1/50 da volta.
Projeções: a esfera não se planifica (Gauss); cilíndrica (equador), cônica (latitudes médias), azimutal (polo); conforme (Mercator, ângulos, áreas infladas em 1/cos2φ) × equivalente (Gall–Peters, áreas); mapa plano “sem distorções” é sempre falso.
Na prova: converta diâmetro em raio; separe casca de volume; aplique a fração ao fuso e à cunha; faça θ=ℓ/R antes de qualquer limiar; desconfie de “sempre”, “nunca” e “sem distorções”.
Exercícios temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.
Flashcards temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar os cartões de revisão.
ESFERA: Definição, Elementos, Seção esférica, Área e Volume (AULA 13/16)
Equaciona Com Paulo Pereira · 13:15
Introdução. O professor define a esfera como sólido de revolução gerado por um semicírculo, apresenta os elementos (centro, raio, eixo, polos), mostra a seção esférica com a relação pitagórica entre o raio da esfera, a distância do plano ao centro e o raio da seção, e fecha com as fórmulas de área e volume: é a sequência das seções “Uma bola e a sua casca” e “Todo corte de uma esfera é um círculo” em aula.
PARTES DA ESFERA: CUNHA E FUSO (AULA 14/16)
Equaciona Com Paulo Pereira · 12:21
Aprofundamento. Continuação da aula anterior, dedicada ao fuso esférico e à cunha esférica: como calcular a área do fuso e o volume (e a área total) da cunha pela fração do ângulo na volta completa, com exemplos numéricos. É a seção “Fatias de laranja: fuso e cunha” com mais exercícios resolvidos.
Por que os aviões fazem curvas no mapa?
Rabisco Intrigante · 5:00
Aplicação. Explica, com o globo ao lado do mapa plano, por que a rota de um voo aparece curva no mapa e reta na esfera (o arco de círculo máximo), com um exemplo saindo do Brasil e a diferença entre o que o mapa mostra e o que a esfera mede; comenta também o efeito do vento sobre a rota real. É a seção “O caminho mais curto curva no mapa” vista de fora da sala de aula.
Projeções cartográficas | Ricardo Marcílio
Professor Ricardo Marcílio · 20:24
Aplicação (cartografia). Aula de Geografia sobre as projeções cilíndrica, cônica e azimutal e sobre as projeções de Mercator e de Peters, com o que cada uma conserva e o que deforma: cobre a seção “Por que todo mapa plano mente” pelo lado da leitura dos mapas, que é o lado em que o item do PAS 2 de 2025 foi cobrado.
FUVEST 2027 -SIM- Q37 - Quando estudamos a geometria do Globo terrestre, temos que a menor distância
Prof Gabs · 28:08
Resolução. Resolve uma questão de simulado no estilo FUVEST em que duas cidades estão sobre o paralelo de 45° N com 90° de diferença de longitude, comparando a rota pelo paralelo com a rota ortodrômica (arco de círculo máximo): é o exemplo resolvido da seção “O caminho mais curto curva no mapa” e a questão resolvida sobre a rota pelo paralelo e pelo polo, com a trigonometria feita passo a passo no quadro.
Gomo de laranja, casca de bola e barbante sobre o globo: fuso, área e círculo máximo, as três caras da geometria da esfera.O raio da seção vem de um triângulo retângulo: a hipotenusa é o raio R da esfera, um cateto é a distância d do plano ao centro, o outro é o raio r do círculo de corte. Pelo centro, d = 0 e r = R: círculo máximo. Diagrama autoral.O fuso é a casca do gomo e a cunha é o gomo inteiro; os dois valem a fração α/360° da esfera, porque girar o semiplano de 360° percorre a esfera toda. Diagrama autoral.A lata justa em volta da bola: a lateral do cilindro tem a mesma área que a casca da esfera, e a esfera vale dois terços do cilindro tanto em área total quanto em volume. Diagrama autoral.Em qualquer altura h, a seção circular da meia bola e a coroa do cilindro furado têm a mesma área; por Cavalieri, os volumes empatam, e o da meia bola sai como cilindro menos cone. Diagrama autoral.Cada encaixe se resolve numa seção pelo centro: a diagonal do cubo, a diagonal do retângulo inscrito no círculo máximo, a altura 2R do cilindro justo. Diagrama autoral.Latitude é o ângulo subido a partir do equador, longitude é o ângulo girado a partir de Greenwich; o paralelo de latitude φ é um círculo de raio R·cos φ, cada vez menor rumo aos polos. Diagrama autoral.Mesmos pontos, duas rotas: a que segue o paralelo (ou aparece reta no mapa) e a que segue o círculo máximo, curva no papel e mínima na esfera. Diagrama autoral.Todo corte de uma esfera é um círculo; o maior deles passa pelo centro. A face menor tem raio √(R² − d²).Meia esfera sobre um cilindro: a tinta da cúpula se mede por 2πR², e a parede, por 2πRh.O barbante esticado sobre o globo encontra sozinho o arco de círculo máximo: é a rota mais curta, e no mapa plano ela parece uma curva.A lata justa de Arquimedes: a lateral do cilindro tem a área da bola, e a bola ocupa dois terços do volume.No mapa conforme as áreas se inflam com a latitude: a Groenlândia parece a África, mas a África é catorze vezes maior.O experimento de Eratóstenes: o ângulo da sombra é o ângulo central entre duas cidades, e a distância entre elas vira o tamanho da Terra.
Rota PAS 2
Geometria espacial: sólidos, cônicas e projeções · PAS 2
Fontes desta página
Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.
Rota PAS 2 — Geometria espacial: sólidos, cônicas e projeções · Esfera e círculo máximo: o caminho mais curto sobre a Terra (conceito de círculo máximo, arco ℓ = θR, altitude como raio maior, item 2024/98, armadilhas do paralelo e da seção); Projeções cartográficas: por que todo mapa plano mente (cilíndrica, cônica, plana, conforme × equivalente, item 2025/13); Sólidos e seções e Área de superfície (seção da esfera é círculo, 4πr², semiesfera 2πr²); Leia como na prova (bloco de Moriconi 2024); Resolvidos (navios no equador); Banco de treino T18 a T22
Recorte por assunto: só a esfera, com a sua geometria métrica, a Terra e as projeções. Áreas de cilindro e cone, seções de outros sólidos, cônicas e poliedros pertencem a outras páginas. O capítulo foi usado como fonte de fatos, de recorte e de itens reais; abertura, exemplos, números e ordem desta página são próprios.
Rota PAS 2 — Medida de volume · Esfera: o volume que vem do cubo do raio (fórmula, escala k³, esfera inscrita no cilindro 3:2 e no cubo π/6, itens 2022/90, 2008/49, 2013/102, 2017/87, 2023/19); Cavalieri: comparar fatias em vez de calcular (dedução da semiesfera como cilindro menos cone); Banco de treino T21 a T23
Os itens reais de volume da esfera citados nessa seção ficam reservados às páginas de volume (volume-de-prismas-e-cilindros, volume-de-piramides-e-cones, volumes-de-solidos-compostos) e entrarão lá por GUID; aqui o volume é tratado como teoria, com exercícios autorais.
Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cespe/Cebraspe) · PAS 2 2025, Parte 2, bloco dos fragmentos de 'A Terra é redonda' (Moriconi) e 'Um inimigo do povo' (Ibsen), item 13; PAS 2 2012, caderno Radar, p. 17, item 106 (tipo C, figura do sistema de fusos horários); PAS 1 2007, item 84 (ônibus Salvador–Rondonópolis); PAS 1 2021, item 13 e PAS 1 2023, item 68 (anulados, só na teoria); PAS 2 2024, item 98 e PAS 2 2022, item 92, 2015, item 104 e 2014, item 96 (reusados por GUID)
Itens reproduzidos verbatim; gabaritos conferidos nos GAB oficiais (2025/13 E; 2012/106 C; 2007/84 C) e nas classificações classificacao-pas2/2025.json, 2012.json e classificacao/2007.json. A figura de 2012/106 foi lida na página 19 do PDF do caderno Radar (p. 17 do caderno) e descrita em texto neutro.
Cadernos em PDF (figuras dos itens) · PAS 2 2012, caderno Radar, p. 17 (p. 19 do PDF): esquema dos fusos horários com os meridianos centrais de 15° em 15°, os limites a 7,5° de cada lado, o meridiano de Greenwich, as cidades de Porto Alegre (51° WGr) e Tóquio (140° EGr) e a hora de cada fuso
Figura renderizada a 300 dpi (pdftoppm) na revisão de 3/10/2026 e descrita no campo text da questão; rótulos conferidos: meridianos de −90° a 150°, limites a 7,5°, horas 3 h a 15 h, Porto Alegre (51° WGr), Tóquio (140° EGr).
Portal da OBMEP (IMPA) — Geometria Espacial 3: Volumes e Áreas de Cilindros, Cones e Esferas · Aulas sobre esfera: elementos, coordenadas geográficas, volume e área da superfície, partes da esfera
Consultado em 3/10/2026 (HTTP 200) como referência de recorte escolar do assunto; nenhum texto foi copiado.