Volver a la portadaMatemáticas · 2º Bach. Ciencias · Cambiar asignaturaEmpezar gratis
BACH2 tecno · Matemáticas
Integrales · Integral definida

Volúmenes de revolución

Cuando una región plana gira alrededor de un eje, genera un sólido en el espacio: un rectángulo que gira da un cilindro, un triángulo rectángulo da un cono, un semicírculo da una esfera. La integral definida te permite calcular el volumen de cualquier sólido de este tipo, no solo de los que tienen fórmula conocida.

El método del disco

Igual que aproximabas un área con rectángulos, ahora aproximas un volumen con discos (cilindros muy finos) apilados. Cada disco, a la altura $x$, tiene radio $f(x)$ y espesor $dx$: su volumen es $\pi [f(x)]^2\,dx$. Sumando (integrando) todos los discos entre $a$ y $b$ obtienes el volumen total.

cada disco: radio f(x), espesor dx eje OX
Practica★☆☆Sin empezar
La región bajo la curva $y = \sqrt{x}$ entre $x = 0$ y $x = 4$ gira alrededor del eje $OX$, como se muestra en la figura. Plantea la integral…

La región bajo la curva $y = \sqrt{x}$ entre $x = 0$ y $x = 4$ gira alrededor del eje $OX$, como se muestra en la figura.

y x 0 1 2 3 4 1 2 (4, 2) y = √x y = √x gira en torno al eje OX

Plantea la integral $V = \pi \int_{a}^{b} [f(x)]^2 \, dx$ correspondiente y calcula el volumen del sólido de revolución generado, expresando el resultado en función de $\pi$.

Resolver

Comprobar con las fórmulas que ya conoces

Antes de aplicarlo a curvas nuevas, compruébalo con las figuras de siempre: si la "curva" que gira es una recta horizontal, obtienes un cilindro; si es una recta oblicua por el origen, un cono; si es una semicircunferencia, una esfera. El resultado de la integral debe coincidir con la fórmula geométrica.

Practica★☆☆Sin empezar
La función constante $f(x) = 2$ entre $x = 0$ y $x = 5$ gira alrededor del eje $OX$. a) Calcula el volumen del sólido generado mediante la integral…

La función constante $f(x) = 2$ entre $x = 0$ y $x = 5$ gira alrededor del eje $OX$.

  1. a) Calcula el volumen del sólido generado mediante la integral $V = \pi \int_{0}^{5} [f(x)]^2 \, dx$.
  2. b) ¿Qué cuerpo geométrico se ha generado? Comprueba el resultado con la fórmula del volumen de ese cuerpo.
Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
La semicircunferencia $y = \sqrt{9 - x^2}$ gira alrededor del eje $OX$. a) ¿Qué cuerpo geométrico se genera y entre qué límites hay que integrar? b) Calcula su volumen…

La semicircunferencia $y = \sqrt{9 - x^2}$ gira alrededor del eje $OX$.

  1. a) ¿Qué cuerpo geométrico se genera y entre qué límites hay que integrar?
  2. b) Calcula su volumen con la integral correspondiente.
  3. c) Comprueba el resultado con la fórmula $V = \frac{4}{3} \pi r^3$.
Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
El segmento de la recta $y = x$ comprendido entre $x = 0$ y $x = 3$ gira alrededor del eje $OX$ generando un cono. a) Calcula su volumen mediante la integral…

El segmento de la recta $y = x$ comprendido entre $x = 0$ y $x = 3$ gira alrededor del eje $OX$ generando un cono.

  1. a) Calcula su volumen mediante la integral $V = \pi \int_{0}^{3} x^2 \, dx$.
  2. b) Identifica el radio y la altura del cono y comprueba el resultado con la fórmula $V = \frac{1}{3} \pi r^2 h$.
Resolver

El error más frecuente: olvidar el cuadrado

El fallo típico en un examen es escribir $V=\pi\int f(x)\,dx$ en lugar de $V=\pi\int [f(x)]^2\,dx$. Parece un detalle, pero cambia completamente el resultado: sin el cuadrado, lo que se calcula es $\pi$ veces un área, no un volumen.

π∫f(x)dx ✗ π∫[f(x)]²dx ✓ el radio del disco es f(x); su área es π·radio² = π[f(x)]²
Practica★★★Sin empezar
Marcos ha calculado así el volumen del sólido que genera la región bajo la curva $y = x^2 + 1$ entre $x = -1$ y $x = 1$ al girar en torno al eje $OX$: «…

Marcos ha calculado así el volumen del sólido que genera la región bajo la curva $y = x^2 + 1$ entre $x = -1$ y $x = 1$ al girar en torno al eje $OX$:

«$V = \pi \int_{-1}^{1} (x^2 + 1) \, dx = \pi \left[ \frac{x^3}{3} + x \right]_{-1}^{1} = \pi \left( \frac{1}{3} + 1 + \frac{1}{3} + 1 \right) = \frac{8\pi}{3}\ \text{u}^3$»

  1. a) Localiza el error en su planteamiento y explica en qué consiste.
  2. b) Calcula el volumen correctamente.
Resolver

El método de la arandela: volumen entre dos curvas

Si la región que gira está entre dos curvas $f(x)\ge g(x)$ (no entre una curva y el eje), cada sección transversal ya no es un disco macizo sino un anillo ("arandela"): un círculo grande de radio $f(x)$ con un agujero de radio $g(x)$.

arandela: radio grande f(x), radio pequeño g(x) hueco
Practica★★☆Sin empezar
La región encerrada entre la parábola $y = x^2$ y la recta $y = x$, sombreada en la figura, gira alrededor del eje $OX$ generando un sólido hueco. a) Halla los puntos de…

La región encerrada entre la parábola $y = x^2$ y la recta $y = x$, sombreada en la figura, gira alrededor del eje $OX$ generando un sólido hueco.

x y 0,5 1 0,5 1 (0, 0) (1, 1) y = x y = x²
  1. a) Halla los puntos de corte de ambas curvas.
  2. b) Plantea el volumen como una diferencia de dos integrales (método de la arandela) y calcúlalo.
Resolver

Girar en torno al eje OY

Si el giro es alrededor del eje $OY$ en lugar de $OX$, la lógica es idéntica pero con los papeles de $x$ e $y$ intercambiados: despeja $x$ en función de $y$ y los discos ahora se apilan "en vertical".

Practica★★☆Sin empezar
Un embudo cónico de laboratorio se obtiene al hacer girar la recta $y = 2x$, con $0 \le x \le 2$, en torno al eje $OY$, como se muestra en la figura (medidas en…

Un embudo cónico de laboratorio se obtiene al hacer girar la recta $y = 2x$, con $0 \le x \le 2$, en torno al eje $OY$, como se muestra en la figura (medidas en decímetros).

X Y gira en torno al eje OY 1 2 2 4 0 (2, 4) y = 2x y = 2x x = 2
  1. a) Expresa $x$ en función de $y$ y plantea la integral $V = \pi \int_{c}^{d} [g(y)]^2 \, dy$ que da el volumen, indicando los límites de integración.
  2. b) Calcula el volumen del embudo.
  3. c) Comprueba el resultado aplicando la fórmula del volumen del cono, $V = \frac{1}{3} \pi r^2 h$, identificando el radio y la altura del embudo.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La tobera de un motor de aeromodelismo es una pieza hueca cuya pared interior sigue el perfil de la hipérbola $y = \frac{2}{x}$ entre $x = 1$ y $x = 4$ (medidas en…

La tobera de un motor de aeromodelismo es una pieza hueca cuya pared interior sigue el perfil de la hipérbola $y = \frac{2}{x}$ entre $x = 1$ y $x = 4$ (medidas en centímetros), al girar en torno al eje $OX$.

  1. a) Calcula el volumen de material necesario para fabricar la pieza, suponiendo que es maciza entre el eje y el perfil.
  2. b) Si el material tiene una densidad de $2,5\ \text{g/cm}^3$, ¿cuál es la masa de la pieza? Redondea a las décimas de gramo.
Resolver

Resumen

Ver todos los ejercicios de este apartado