Para llenar una caja contamos cubitos; para cubrirla contamos cuadrados. Esa diferencia explica por qué volumen y superficie tienen fórmulas y unidades distintas. Empezaremos con capas de una caja, reconoceremos qué cambia en cada cuerpo y separaremos siempre el dibujo, los datos y la cuenta.
Si necesitas repasar:
1. Una unidad cuadrada cubre; una unidad cúbica llena
Un cuadrado de lado un centímetro tiene área 1 cm². Un cubito de arista un centímetro ocupa 1 cm³. El dos y el tres indican cuántas dimensiones intervienen: lado por lado para una superficie; largo por ancho por alto para el espacio.
Un cubito de 1 cm³ tiene seis caras de 1 cm²: su superficie es 6 cm². No podemos decir que su volumen sea seis porque tenga seis caras. Área y volumen responden a preguntas distintas, aunque describan el mismo objeto.
En el dibujo hay tres posiciones por fila, dos filas por capa y dos capas. Una capa contiene 3 · 2 = 6 cubitos; dos capas contienen doce. Para calcular medidas físicas primero pondremos todas las longitudes en la misma unidad.
Construir el volumen contando capas
Una caja contiene cuatro cubitos por fila, tres filas por capa y dos capas. Cada cubito ocupa 1 cm³. Halla el volumen.
Una capa
4 · 3 = 12 cubitos.Todas las capas
12 · 2 = 24 cubitos.Añadimos la unidad
24 cm³.
El volumen es 24 cm³.
No estamos contando solo los cubitos visibles: la caja está completamente llena.
Dos medidas de un cubo
Un cubo tiene arista 2 cm. Halla volumen y superficie.
Volumen
2 · 2 · 2 = 8 cm³.Área de una cara
2 · 2 = 4 cm².Seis caras
6 · 4 = 24 cm².
Volumen 8 cm³; superficie 24 cm².
Los números y unidades pueden ser distintos sin contradicción.
2. En un prisma, cada capa conserva la misma base
Si la base tiene área B y el prisma tiene altura perpendicular h, su volumen es V = B · h. B no es el largo de un lado: es el área completa de la base. En un prisma rectangular de lados de base cuatro y tres, B = 12 cm²; con altura dos, V = 24 cm³.
La base también puede ser triangular: primero calculamos el área del triángulo, después la multiplicamos por la altura del prisma. La altura de ese triángulo está dentro de la base; no se confunde con la separación entre las dos bases.
La regla V = B · h vale también para un prisma oblicuo si h es la separación perpendicular entre bases. La arista inclinada no reemplaza a h. Las secciones paralelas a las bases mantienen la misma área, aunque estén desplazadas lateralmente.
Base triangular antes de altura del prisma
Un prisma tiene base triangular de base 6 cm y altura de triángulo 4 cm. La altura del prisma es 5 cm. Halla V.
Área de base triangular
B = 6 · 4/2 = 12 cm².Volumen por capas
V = 12 · 5 = 60 cm³.Revisamos las dos alturas
Cuatro pertenece al triángulo; cinco al cuerpo.
El volumen es 60 cm³.
Multiplicar 6 · 4 · 5 sin dividir la base triangular entre dos daría el doble.
El área ya está dada
Un prisma tiene B = 18 cm² y altura perpendicular 7 cm. Halla V.
Leemos la unidad del dato
Dieciocho ya es un área; no hay que volver a cuadrarlo.
Multiplicamos por altura
18 · 7 = 126 cm³.
El volumen es 126 cm³.
cm² · cm = cm³.
3. La superficie se obtiene sumando las caras que realmente recubrimos
Una caja rectangular cerrada de dimensiones a, b y h tiene dos caras de área ab, dos de ah y dos de bh.
No multiplicamos las tres longitudes para encontrar una superficie: ese producto es el volumen.
En un prisma recto cualquiera, las caras laterales son rectángulos de altura h. Al sumar sus bases recorremos el perímetro P de la base. Así, el área lateral es P · h y el área total cerrada S = 2B + P · h. Esta expresión lateral usa un prisma recto; en uno oblicuo habrá que calcular las caras con sus alturas correspondientes.
Si la caja no tiene tapa, quitamos el área de esa cara. Si solo se pinta el lateral, no añadimos las bases. «Superficie total» necesita que el enunciado diga qué piezas existen y qué partes se quieren cubrir.
Caja abierta por arriba
Una caja de base 4 por 3 cm y altura 2 cm no tiene tapa. Halla el área de material, sin grosor ni pestañas.
Base inferior
4 · 3 = 12 cm².Dos laterales largos
2 · 4 · 2 = 16 cm².Dos laterales cortos
2 · 3 · 2 = 12 cm².Sumamos las cinco caras
12 + 16 + 12 = 40 cm².
Se necesitan 40 cm².
La caja cerrada tendría 52 cm²; retirar la tapa de doce deja cuarenta.
Solo las paredes de un prisma recto
Un prisma recto tiene perímetro de base 14 cm y altura 5 cm. Halla el área lateral.
Abrimos los rectángulos laterales
Su anchura total suma el perímetro de la base.
Multiplicamos
14 · 5 = 70 cm².
Área lateral 70 cm².
Falta el área de las bases para calcular la superficie total cerrada.
4. El cilindro conserva la regla de capas, con una base circular
Radio r y altura h son longitudes diferentes: el radio pertenece al disco y la altura separa las bases.
Al abrir el lateral aparece un rectángulo de altura h y anchura igual a la circunferencia de la base, 2πr. Por eso su área es 2πrh. Para un cilindro cerrado añadimos los dos discos: S = 2πrh + 2πr².
En el desarrollo, r = 3 cm y h = 5 cm: el lateral mide (6π) · 5 = 30π cm²; los dos discos, 2 · 9π = 18π cm². Superficie total 48π cm². Su volumen sería 9π · 5 = 45π cm³: una cantidad distinta. π es irracional; conservarlo da una respuesta exacta.
Cilindro a partir del diámetro
Un cilindro cerrado tiene diámetro 8 cm y altura 3 cm. Halla su volumen.
Recuperamos el radio
r = 8/2 = 4 cm.Área de base
B = π · 4² = 16π cm².Multiplicamos por altura
V = 16π · 3 = 48π cm³.
Volumen 48π cm³.
Usar ocho como radio multiplicaría el área por cuatro.
La etiqueta solo cubre el lateral
Una lata ideal tiene radio 2 cm y altura 6 cm. ¿Qué área cubre una etiqueta que rodea todo el lateral, sin solape?
Anchura al rodear la base
2πr = 4π cm.Altura de la etiqueta
Seis centímetros.
Área del rectángulo
4π · 6 = 24π cm².
La etiqueta cubre 24π cm².
No añadimos los discos porque no se etiquetan las tapas.
5. Pirámides y conos tienen un tercio del volumen con igual base y altura
Una pirámide se va estrechando hacia el ápice; sus capas no mantienen el área de la base.
Comparada con un prisma de la misma base y la misma altura perpendicular, ocupa exactamente un tercio de su volumen.
El cono cumple la misma relación con el cilindro correspondiente: V = πr²h/3. No dividimos el radio entre tres ni suponemos que el cuerpo tenga un tercio de la altura: el factor un tercio se aplica al producto completo.
La relación no se deduce solo porque la figura termine en punta. Como caso que ayuda a entenderla, un cubo puede dividirse desde un vértice en tres pirámides de igual volumen, con base en sus tres caras opuestas: cada una tiene base a² y altura a, y juntas llenan a³.
La validez para cualquier base y altura es el teorema general; ese caso por sí solo no sería su demostración completa.
Pirámide frente a prisma
Una pirámide tiene base de área 24 cm² y altura 9 cm. Halla V y compáralo con el prisma correspondiente.
Prisma de igual base y altura
24 · 9 = 216 cm³.Tomamos un tercio
216/3 = 72 cm³.
Pirámide 72 cm³; prisma 216 cm³.
Tres volúmenes de la pirámide suman el del prisma, sin afirmar que siempre sean tres piezas congruentes.
Volumen de un cono
Un cono circular recto tiene radio 3 cm y altura 4 cm. Halla V.
Área de base
π · 3² = 9π cm².Cilindro de referencia
9π · 4 = 36π cm³.Dividimos entre tres
V = 12π cm³.
El volumen es 12π cm³.
La generatriz no interviene en esta cuenta; se necesita la altura perpendicular.
6. Para cubrir una pirámide regular necesitamos la altura de sus caras
En una pirámide regular, cada cara lateral es un triángulo cuya altura es la apotema lateral aₗ. Si sumamos base de cada triángulo por esa altura común y dividimos entre dos, obtenemos área lateral = P · aₗ/2, con P el perímetro de la base. El total cerrado añade una sola base: S = B + P · aₗ/2.
La altura h del cuerpo baja al centro de la base; aₗ llega al punto medio de un lado. Junto con la apotema de la base forman un triángulo rectángulo: aₗ² = h² + a base². En una pirámide cuadrada de lado seis y altura cuatro, la apotema de la base es tres, así que aₗ = √(4² + 3²) = 5.
Si la pirámide no es regular, no damos por hecho que todas las caras compartan la misma altura. Se calculan y suman las áreas de las caras concretas.
Separar las dos alturas
Pirámide regular de base cuadrada, lado 6 cm y altura del cuerpo 4 cm. Halla su superficie total.
Área y perímetro de base
B = 36 cm²; P = 24 cm.Altura de una cara
aₗ = √(4² + 3²) = 5 cm.Área lateral
24 · 5/2 = 60 cm².Añadimos la base
36 + 60 = 96 cm².
Superficie total 96 cm².
Usar h = 4 directamente en las caras habría subestimado su área.
Con apotema lateral dada
Una pirámide regular tiene B = 20 cm², P = 18 cm y aₗ = 7 cm. Halla S.
Área lateral
18 · 7/2 = 63 cm².Total con una base
20 + 63 = 83 cm².
Superficie total 83 cm².
No añadimos dos bases; la pirámide solo tiene una.
7. En el cono, la generatriz mide la altura inclinada del lateral
El cono recto del dibujo tiene r = 3, h = 4 y generatriz g = 5. La altura y el radio son perpendiculares; por Pitágoras, g² = h² + r². La generatriz es más larga que la altura porque llega a la circunferencia, no al centro de la base.
Al abrir el lateral sin estirarlo obtenemos un sector de círculo de radio g. Su arco debe medir la circunferencia de la base: 2πr. Como el área de un sector es longitud de arco por radio dividida entre dos, el área lateral es (2πr)g/2 = πrg.
Volumen y superficie con los mismos datos
Cono cerrado de radio 3 cm y altura 4 cm. Halla su superficie.
Generatriz
g = √(9 + 16) = 5 cm.Área lateral
π · 3 · 5 = 15π cm².Base
π · 3² = 9π cm².Total
24π cm².
Superficie total 24π cm².
Su volumen es 12π cm³; aquí calculamos superficie y por eso intervino g.
Un cucurucho sin base
Un cono sin disco de base tiene radio 5 cm y generatriz 13 cm. Halla el área de material.
Solo se recubre el lateral
No añadimos πr².
Calculamos
π · 5 · 13 = 65π cm².
Área de material 65π cm².
La generatriz ya está dada; no hay que convertirla en altura para esta pregunta.
8. En la esfera, radio al cuadrado y radio al cubo responden a preguntas distintas
Para una esfera de radio r, el área de su superficie es S = 4πr² y el volumen encerrado V = 4πr³/3. Son fórmulas de dos teoremas geométricos: la superficie equivale al área de cuatro discos máximos, mientras el volumen es dos tercios del cilindro de radio r y altura 2r que la rodea ajustadamente.
Estas comparaciones ayudan a interpretar las fórmulas; el dibujo por sí solo no las demuestra. No obtenemos la superficie multiplicando por seis como en un cubo: una esfera no tiene seis caras planas. Si se da diámetro, primero lo dividimos entre dos. Mantenemos π exacto hasta la aproximación final.
Las dos medidas para radio tres
Una esfera tiene radio 3 cm. Halla superficie y volumen.
Superficie
4π · 3² = 36π cm².Volumen
4π · 3³/3 = 4π · 27/3 = 36π cm³.Interpretamos la coincidencia numérica
Las unidades y magnitudes siguen siendo distintas.
S = 36π cm² y V = 36π cm³.
La coincidencia de coeficientes para radio tres no convierte área y volumen en la misma cantidad.
Empezar por el radio
Una esfera tiene diámetro 12 cm. Halla V.
Radio
12/2 = 6 cm.Cubo completo de la medida
6³ = 216.Fórmula de volumen
4π · 216/3 = 288π cm³.
Volumen 288π cm³.
Usar doce como radio daría ocho veces este volumen.
9. En cuerpos unidos sumamos espacio, pero las caras de contacto desaparecen del exterior
Si dos cuerpos no se solapan en su interior, sus volúmenes se suman. Si quitamos una cavidad, restamos el volumen retirado. Si se superponen, sumar sin descontar la parte común la contaría dos veces.
La superficie exterior se cuenta con otra regla: una cara de contacto entre dos piezas queda escondida por ambos lados. Al sumar superficies de dos cubos unidos por una cara completa, esa cara se había contado dos veces; restamos las dos copias. Una cavidad puede añadir paredes interiores, así que restar volumen no significa restar siempre superficie.
Antes de calcular aclaramos qué frontera interesa: solo el exterior, todas las paredes accesibles o también una cavidad interior cerrada. La palabra «superficie» no autoriza a sumar piezas que quedan dentro sin exponerlo.
Dos cubos unidos por una cara
Dos cubos de arista 2 cm se pegan por una cara completa. Halla volumen y superficie exterior del bloque.
Volúmenes
8 + 8 = 16 cm³.Suma de superficies separadas
24 + 24 = 48 cm².Quitamos las dos caras de contacto
Cada una mide cuatro: S = 48 − 2 · 4 = 40 cm².
V = 16 cm³; S exterior = 40 cm².
El bloque resultante mide 4 por 2 por 2; 2(8 + 8 + 4) = 40.
Cavidad completamente interior
Un cubo de arista 4 cm contiene un hueco cúbico interior de arista 2 cm que no toca el exterior. Halla el volumen de material y el área solo exterior.
Volumen exterior
4³ = 64 cm³.Restamos el hueco
64 − 2³ = 56 cm³.Superficie exterior
No se perforó: 6 · 4² = 96 cm².
Material 56 cm³; exterior 96 cm².
Si se pidieran también las seis paredes de la cavidad, se sumarían 24 cm² interiores, dando 120 cm² de frontera total.
10. Las unidades y la escala dan una última comprobación
Si multiplicamos todas las longitudes por k > 0, las superficies se multiplican por k² y los volúmenes por k³. Duplicar las dimensiones de una caja cuadruplica el material de superficie y multiplica por ocho el espacio. Si solo cambia una dimensión, no aplicamos esos factores como si todo fuera semejante.
Convertir unidades también afecta al exponente.
En un recipiente, capacidad interior y volumen exterior pueden diferir si las paredes tienen grosor.
Revisa que una fórmula de superficie combine dos longitudes y una de volumen, tres. Por ejemplo, r · h produce longitud al cuadrado y no puede ser por sí solo un volumen. Esta revisión detecta errores de dimensión, aunque no detecta todos los factores numéricos equivocados.
Escalar todas las dimensiones
Una figura tridimensional tiene S = 30 cm² y V = 10 cm³. Se amplía con factor dos en todas sus longitudes. Halla las nuevas medidas.
Superficie
30 · 2² = 120 cm².Volumen
10 · 2³ = 80 cm³.
Superficie 120 cm² y volumen 80 cm³.
No se multiplican las dos medidas solo por dos.
Volumen en litros
Un recipiente interior mide 20 por 15 por 10 cm. Halla su capacidad en litros.
Volumen interior
20 · 15 · 10 = 3000 cm³.Convertimos con 1000 cm³ por litro
3000/1000 = 3 L.
Capacidad de tres litros.
Se han usado medidas interiores; las exteriores exigirían tener en cuenta las paredes.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Una caja
Una caja rectangular cerrada mide 5×4×3 cm. Halla volumen y superficie.
Distinguimos qué se pide
Volumen interior ideal y área de las seis caras de una caja cerrada de 5 por 4 por 3 cm.
Área de base
5 · 4 = 20 cm².Volumen
20 · 3 = 60 cm³.Caras superior e inferior
2 · 5 · 4 = 40 cm².Dos caras de cinco por tres
2 · 5 · 3 = 30 cm².Dos caras de cuatro por tres
2 · 4 · 3 = 24 cm².Sumamos superficies
40 + 30 + 24 = 94 cm².Se han contado las seis caras una vez.
V=60 cm³; S=94 cm².
Las seis caras se han contado una vez.
EJEMPLO RESUELTO 2
Un cilindro
Un cilindro cerrado tiene r=2 cm y h=5 cm. Halla volumen.
Identificamos radio y altura
r = 2 cm y h = 5 cm.El radio no es el diámetro.
Área del disco de base
B = π · 2² = 4π cm².Capas hasta la altura pedida
V = B · h = 4π · 5 = 20π cm³.Comprobamos unidades y magnitud
cm² por cm da cm³. Cinco capas de un centímetro de altura tienen 4π cm³ cada una.
Leemos la palabra cerrado
Afectaría al cálculo de superficie; el volumen encerrado sigue siendo el calculado.
20π cm³.
Cinco capas de 1 cm de altura tienen cada una volumen 4π cm³.
Los símbolos que hemos usado
- V
- Volumen del cuerpo, medido en unidades cúbicas.
- S
- Área de la superficie total considerada, en unidades cuadradas.
- Sₗ
- Superficie lateral, excluyendo las bases.
- B
- Área de la base, no una longitud.
- h
- Altura perpendicular del cuerpo.
- r
- Radio de una base circular o de una esfera.
- g
- Generatriz del cono circular recto: longitud inclinada desde ápice al borde de base.
- Pᵦ
- Perímetro de una base poligonal.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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