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Objetivo

Calcular el volumen de cilindros, comprendiendo que un cilindro puede interpretarse como una base circular que se repite a lo largo de una altura.

Un cuerpo redondo con base circular

En la página anterior estudiamos los prismas, donde una base se repite a lo largo de una altura.

El cilindro sigue una idea parecida, pero su base no es un polígono: es un círculo.

Un cilindro tiene:

  • dos bases circulares iguales y paralelas,
  • una superficie lateral curva,
  • un radio \(r\),
  • una altura \(h\).

Para calcular su volumen, pensamos en una base circular que se repite a lo largo de la altura.

Fórmula del volumen del cilindro

Como en los prismas, usamos la idea:

\[ V = A_b \cdot h \]

Pero ahora la base es un círculo.

El área de un círculo es:

\[ A_b = \pi r^2 \]

Entonces, el volumen del cilindro es:

\[ V = \pi r^2 h \]

Donde:

  • \(r\) es el radio de la base circular.
  • \(h\) es la altura del cilindro.
  • \(\pi\) es aproximadamente \(3{,}14\).

El cilindro como una base circular repetida

Cilindro: base circular × altura h r V = πr²h Idea del cálculo Área de la base πr² repetida en altura V = πr²h

¿Por qué aparece \(\pi r^2\)?

El volumen de un cilindro se calcula multiplicando el área de su base por su altura.

Como la base es circular, primero debemos calcular el área del círculo:

\[ A_b = \pi r^2 \]

Luego esa base circular se repite a lo largo de la altura:

\[ V = A_b \cdot h \]

Por eso:

\[ V = \pi r^2h \]

Ejemplo 1: cilindro con radio y altura

Un cilindro tiene radio \(4cm\) y altura \(10cm\).

Usamos:

\[ V = \pi r^2 h \]

Reemplazamos:

\[ V = \pi \cdot 4^2 \cdot 10 \]

\[ V = \pi \cdot 16 \cdot 10 \]

\[ V = 160\pi cm^3 \]

Si usamos \(\pi \approx 3{,}14\):

\[ V \approx 160 \cdot 3{,}14 \]

\[ V \approx 502{,}4cm^3 \]

Ejemplo 2: cilindro con diámetro

Un cilindro tiene diámetro \(12cm\) y altura \(8cm\).

La fórmula usa el radio, no el diámetro.

Entonces primero calculamos:

\[ r = \frac{d}{2} \]

\[ r = \frac{12}{2} = 6cm \]

Ahora usamos la fórmula:

\[ V = \pi r^2 h \]

\[ V = \pi \cdot 6^2 \cdot 8 \]

\[ V = \pi \cdot 36 \cdot 8 \]

\[ V = 288\pi cm^3 \]

Si usamos \(\pi \approx 3{,}14\):

\[ V \approx 904{,}32cm^3 \]

Atención: radio y diámetro no son lo mismo

El radio va desde el centro del círculo hasta el borde.

El diámetro atraviesa todo el círculo pasando por el centro.

Por eso:

\[ d = 2r \]

y también:

\[ r = \frac{d}{2} \]

Si un problema entrega el diámetro, primero hay que obtener el radio antes de usar la fórmula del volumen.

Comparación con el prisma

El prisma y el cilindro comparten la misma idea general:

\[ V = A_b \cdot h \]

La diferencia está en la forma de la base.

Cuerpo Base Volumen
Prisma polígono \(V = A_b \cdot h\)
Cilindro círculo \(V = \pi r^2 h\)

Error común

Un error frecuente es usar el diámetro como si fuera el radio.

Por ejemplo, si el diámetro es \(10cm\), no debemos reemplazar \(r = 10\).

Primero calculamos:

\[ r = \frac{10}{2} = 5cm \]

Luego usamos:

\[ V = \pi r^2 h \]

Otro error frecuente es olvidar elevar el radio al cuadrado.

La fórmula correcta es:

\[ V = \pi r^2h \]

No:

\[ V = \pi rh \]

Actividad

Calcula el volumen de los siguientes cilindros. Puedes dejar la respuesta en función de \(\pi\) y luego aproximar usando \(\pi \approx 3{,}14\).

  1. Radio \(3cm\), altura \(7cm\).
  2. Radio \(5m\), altura \(12m\).
  3. Radio \(2cm\), altura \(15cm\).
  4. Diámetro \(10cm\), altura \(8cm\).
  5. Diámetro \(6m\), altura \(9m\).

Luego responde:

¿Por qué el volumen del cilindro se expresa en unidades cúbicas?

¿Por qué el cilindro usa la fórmula \(V = A_b \cdot h\), aunque no sea un prisma?

Desafío con capacidad

Una lata cilíndrica tiene radio \(4cm\) y altura \(12cm\).

Calcula su volumen en \(cm^3\).

Luego expresa aproximadamente su capacidad en \(mL\), recordando que:

\[ 1cm^3 = 1mL \]

Idea clave

El cilindro puede entenderse como una base circular que se repite a lo largo de una altura.

Por eso:

\[ V = A_b \cdot h \]

Como la base es un círculo:

\[ A_b = \pi r^2 \]

Entonces:

\[ V = \pi r^2h \]

Esta fórmula cuenta cuántas unidades cúbicas llenan el cilindro.