Calculadora de Equação da Esfera
Encontre a equação reduzida e geral de uma esfera dados as coordenadas do centro e o raio, ou dois pontos das extremidades de um diâmetro. Inclui derivação passo a passo, visualização 3D e propriedades geométricas.
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Calculadora de Equação da Esfera
Bem-vindo à Calculadora de Equação da Esfera, uma ferramenta completa de geometria 3D que encontra a equação padrão e geral de uma esfera. Quer você conheça as coordenadas do centro e o raio, ou as duas extremidades de um diâmetro, esta calculadora fornece derivação passo a passo, visualização 3D interativa e propriedades geométricas completas, incluindo área de superfície e volume.
O que é a Equação de uma Esfera?
Uma esfera é o conjunto de todos os pontos no espaço tridimensional que são equidistantes de um ponto fixo chamado centro. A distância constante é o raio. A equação de uma esfera é a extensão 3D da equação do círculo, adicionando uma terceira variável de coordenada.
Forma Padrão (Forma Centro-Raio)
A equação padrão de uma esfera com centro \((a, b, c)\) e raio \(r\) é:
Onde:
- \((a, b, c)\) é o centro da esfera
- \(r\) é o raio (um número real positivo)
- \((x, y, z)\) representa qualquer ponto na superfície da esfera
Forma Geral (Forma Expandida)
Expandindo a forma padrão, obtemos a equação geral:
Onde:
- \(D = -2a\), \(E = -2b\), \(F = -2c\)
- \(G = a^2 + b^2 + c^2 - r^2\)
- Centro: \(\left(-\frac{D}{2}, -\frac{E}{2}, -\frac{F}{2}\right)\)
- Raio: \(r = \sqrt{\frac{D^2}{4} + \frac{E^2}{4} + \frac{F^2}{4} - G}\)
Como Encontrar a Equação da Esfera a Partir das Extremidades do Diâmetro
Se você conhece duas extremidades \(P_1(x_1, y_1, z_1)\) e \(P_2(x_2, y_2, z_2)\) de um diâmetro:
- Encontre o centro (ponto médio do diâmetro): $$C = \left(\frac{x_1 + x_2}{2},\; \frac{y_1 + y_2}{2},\; \frac{z_1 + z_2}{2}\right)$$
- Encontre o raio (metade do comprimento do diâmetro): $$r = \frac{1}{2}\sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2}$$
- Escreva a equação substituindo o centro e o raio na forma padrão.
Esfera vs Círculo: Principais Diferenças
| Propriedade | Círculo (2D) | Esfera (3D) |
|---|---|---|
| Dimensão | Plano 2D | Espaço 3D |
| Equação Padrão | \((x-h)^2 + (y-k)^2 = r^2\) | \((x-a)^2 + (y-b)^2 + (z-c)^2 = r^2\) |
| Centro | \((h, k)\) | \((a, b, c)\) |
| Fronteira | Circunferência = \(2\pi r\) | Área de superfície = \(4\pi r^2\) |
| Interior | Área = \(\pi r^2\) | Volume = \(\frac{4}{3}\pi r^3\) |
Como Usar Esta Calculadora
- Selecione o modo de entrada: Escolha "Centro e Raio" se você souber o ponto central e o raio, ou "Duas Extremidades de um Diâmetro" se você souber dois pontos diametralmente opostos.
- Insira os valores: Preencha os campos de coordenadas. Use os botões de exemplos rápidos para ver a ferramenta em ação.
- Defina a precisão: Escolha o número de casas decimais (2-15) para seus resultados.
- Calcular: Clique em "Calcular Equação da Esfera" para obter a equação padrão, equação geral, derivação passo a passo, propriedades geométricas e visualização 3D interativa.
Propriedades Geométricas Calculadas
- Área de Superfície: \(A = 4\pi r^2\) — a área total da superfície externa da esfera
- Volume: \(V = \frac{4}{3}\pi r^3\) — o espaço fechado pela esfera
- Diâmetro: \(d = 2r\) — a corda mais longa que passa pelo centro
- Circunferência do Círculo Máximo: \(C = 2\pi r\) — a circunferência da maior seção transversal
Aplicações no Mundo Real
Física e Engenharia
As equações da esfera modelam corpos celestes, bolhas, vasos de pressão e campos eletromagnéticos. A equação ajuda a calcular distâncias, interseções e verificações de contenção em simulações 3D.
Computação Gráfica e Desenvolvimento de Jogos
As equações de esfera são usadas para volumes delimitadores em detecção de colisão, testes de interseção raio-esfera para ray tracing e geração de terreno procedimental.
Geografia e Navegação
A Terra é aproximada como uma esfera para muitos cálculos. A equação da esfera ajuda nas transformações de coordenadas GPS e cálculos de órbita de satélite.
Arquitetura e Design
Estruturas de cúpula, planetários e designs geodésicos dependem da geometria da esfera. Arquitetos usam equações de esfera para calcular dimensões estruturais e requisitos de materiais.
Perguntas Frequentes
Qual é a equação padrão de uma esfera?
A equação padrão de uma esfera com centro \((a, b, c)\) e raio \(r\) é \((x - a)^2 + (y - b)^2 + (z - c)^2 = r^2\). Esta equação representa todos os pontos no espaço 3D que estão exatamente à distância \(r\) do ponto central.
Como encontrar a equação de uma esfera a partir de duas extremidades de um diâmetro?
Dadas duas extremidades \(P_1(x_1, y_1, z_1)\) e \(P_2(x_2, y_2, z_2)\): encontre o centro como o ponto médio, calcule o raio como metade da distância entre os pontos e substitua na forma padrão.
Qual é a forma geral da equação de uma esfera?
A forma geral é \(x^2 + y^2 + z^2 + Dx + Ey + Fz + G = 0\), onde \(D = -2a\), \(E = -2b\), \(F = -2c\), e \(G = a^2 + b^2 + c^2 - r^2\). O centro é \((-D/2, -E/2, -F/2)\) e o raio é \(r = \sqrt{D^2/4 + E^2/4 + F^2/4 - G}\).
Qual a diferença entre a equação de uma esfera e de um círculo?
A equação de um círculo \((x-h)^2 + (y-k)^2 = r^2\) é em 2D com centro \((h, k)\). A equação de uma esfera adiciona um terceiro termo para a coordenada z. A esfera é a generalização 3D do círculo.
Como encontrar o centro e o raio a partir da equação geral?
A partir de \(x^2 + y^2 + z^2 + Dx + Ey + Fz + G = 0\), o centro é \((-D/2, -E/2, -F/2)\) e o raio é \(r = \sqrt{D^2/4 + E^2/4 + F^2/4 - G}\). Para uma esfera válida, a expressão sob a raiz quadrada deve ser positiva.
Recursos Adicionais
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pela equipe miniwebtool. Atualizado em: 18 de fevereiro de 2026
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