Área de superfície de revolução
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Mostre que a área da superfície de uma esfera de raio $r$ é $4 \pi r^2$.
O laço de de $9y^2=x(3-x)^2$ é girado ao redor do eixo $y$. Calcule a área da superfície gerada por essa maneira.
Determine a área da superfície gerada pela rotação da curva a seguir em torno do eixo indicado.
$y=\sqrt{2x-x^2}$, $0,5\leq x \leq 1,5$, eixo $x$
Determine a área da superfície gerada pela rotação da curva a seguir em torno do eixo indicado.
$y=x^3/9$, $0\leq x \leq 2$, eixo $x$
Utilize a fórmula
\[
S=\int_{a}^{b}2\pi f\left( x\right) \sqrt{1+\left( f^{\prime}\left(
x\right) \right) ^{2}}dx
\]
para mostrar que a superfície de uma esfera de raio $R$ é $4\pi
R^{2}$.
Uma esfera de raio $R$ centrada na origem pode ser obtida pela rotação ao redor do eixo $x$ do semicírculo $x^{2}+y^{2}=R^{2}$ com $y\geq0$. Este semicírculo pode ser visto como o gráfico da função $f\left( x\right) =\sqrt{R^{2}-x^{2}}$, com $t\in\left[-R,R\right] $.
Considerando $f\left( x\right) =\sqrt{R^{2}-x^{2}}$ temos que:
\[
f^{\prime}\left( x\right) =-\frac{t}{\sqrt{R^{2}-x^{2}}}\text{.}%
\]
Usando a fórmula acima temos que:
\begin{align*}
S & =\int_{-R}^{R}2\pi\sqrt{R^{2}-x^{2}}\sqrt{1+\left( f^{\prime}\left(
x\right) \right) ^{2}}dx\\
& =\int_{-R}^{R}2\pi\sqrt{R^{2}-x^{2}}\sqrt{1+\frac{x^{2}}{R^{2}-x^{2}}}dx\\
& =\int_{-R}^{R}2\pi\sqrt{R^{2}-x^{2}}\sqrt{\frac{\left( R^{2}-x^{2}\right)
+x^{2}}{R^{2}-x^{2}}}dx\\
& =\int_{-R}^{R}2\pi\sqrt{R^{2}-x^{2}}\sqrt{\frac{R^{2}}{R^{2}-x^{2}}}dx\\
& =\int_{-R}^{R}2\pi R\frac{\sqrt{R^{2}-x^{2}}}{\sqrt{R^{2}-x^{2}}}dx\\
& =\int_{-R}^{R}2\pi Rdx
\end{align*}
Temos então que:
\begin{align*} S & =\int_{-R}^{R}2\pi Rdx\\ & =\left. 2\pi Rx\right\vert _{-R}^{R}\\ & =4\pi R^{2} \end{align*}
Mostre que a a área lateral $S$ de um cone circular reto de altura $h$ e raio da base $r$ é $S=\pi r \sqrt{r^2+h^2}$.
Uma empresa deseja lançar uma tigela esmaltada de branco por dentro e de vermelho por fora. A camada de esmalte terá $0,5mm$ de espessura antes de ir ao forno. O departamento de produção quer saber a quantidade de cada esmalte que precisará dispor para produzir $5000$ tigelas. Ignorando desperdício e matéria prima não utilizada, dê a sua resposta em litros. Lembre-se de que $1\ cm^3 = 1m\ell$, logo $1\ell=1000cm^3$.
Ache a área da superfície gerada fazendo girar a curva paramétrica $x=t^2,y=2t,0 \leq t\leq 4$, em torno do eixo $x$.
Demonstre que, ao se cortar uma cebola em fatias de igual largura, todas as fatias terão a mesma quantidade de casca.
Para isso, considere o semicírculo dado pela equação $y=\sqrt{r^2-x^2}$. A rotação deste em torno do eixo $x$ resultará numa esfera. Se escolhermos $x_0 >0$ e $h>0$ tal que $-r \leq x_0 < r$ e $x_0+h \geq r$, e o arco $AB$ localizado acima deste intervalo.
Demonstre que a área gerada pela rotação do arco $AB$ não depende de $x_0$, apenas de $h$.
Determine a área da superfície gerada pela rotação da curva a seguir em torno do eixo indicado.
$x=\frac{(e^y+e^{-y})}{2}$, $0\leq y \leq ln\ 2$, eixo $y$
Determine a área da superfície gerada pela rotação da curva a seguir em torno do eixo indicado.
$y=\sqrt{2}$, $3/4\leq x \leq 15/4$, eixo $x$
Como o parabolóide é obtido pela rotação ao redor do eixo $y$ temos que o raio $r:=d/2=4$ corresponde a variação de $x$ e a altura corresponde a variação de $y$, ou seja, para $x=4$ devemos ter $y=ax^{2}=4$ donde obtemos que $a=y/x^{2}=4/4^{2}=1/4$, e consideramos a parábola $y=\frac{x^{2}}{4}$.
Como o parabolóide é obtido pela rotação ao redor do eixo $y$ devemos considerar $x$ como funçao de $y$, ou seja, $x=x\left( y\right) =2\sqrt{y}$. Temos então que:
\begin{align*}
x^{\prime}\left( y\right) & =\frac{1}{\sqrt{y}}\\
\sqrt{1+\left( x^{\prime}\left( y\right) \right) ^{2}} & =\sqrt
{1+\frac{1}{y}}=\frac{\sqrt{y+1}}{\sqrt{y}}%
\end{align*}
Temos então que a área $S$ da superfície é dada por:
\begin{align*}
S & =\int_{0}^{4}2\pi\left( 2\sqrt{y}\right) \frac{\sqrt{y+1}}{\sqrt{y}%
}dy\\
& =4\pi\int_{0}^{4}\sqrt{y+1}dy
\end{align*}
Substituindo $u=y+1,~du=dy$ obtemos:
\begin{align*}
S & =4\pi\int_{1}^{5}\sqrt{u}du\\
& =4\pi\frac{2}{3}\left. u^{3/2}\right\vert _{1}^{5}\\
& =\frac{8\pi}{3}\left( 5^{3/2}-1\right)
\end{align*}