Segmento circular

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En geometría, un segmento circular (o segmento de un círculo) es la porción de un círculo limitada por una cuerda y el arco correspondiente.

Un segmento circular (en verde) está delimitado por una cuerda (línea discontinua) y el arco que toca los extremos de la cuerda (el arco mostrado sobre el área verde).
Un segmento circular (en verde) está delimitado por una cuerda (línea discontinua) y el arco que toca los extremos de la cuerda (el arco mostrado sobre el área verde).

Sea R el radio del círculo, θ el ángulo central, c la longitud de la cuerda, s la longitud del arco, h la altura del segmento circular (sagita) , y d la altura de la porción triangular (apotema).

  • El radio del círculo
es R=h+d
  • La longitud del arco es s=R⋅θ, donde θ está en radianes.
  • La longitud de la cuerda es c=2Rsen⁡(θ2)=R2−2cos⁡θ=R2(1−cos⁡θ)
  • La altura es h=R(1−cos⁡θ2)
  • El ángulo es θ=2arccos⁡(dR)

El área del segmento circular es igual al área del sector circular menos el área de la porción triangular.

A=R2⋅θ2−R2sen⁡θ2=R22(θ−sen⁡θ)

Si el ángulo está en radianes.

Área en función de una altura hL en caso de un cilindro horizontal con un nivel de agua hL:

d=−hL+R

θ=2arccos⁡(−hL+RR)=2arccos⁡(1−hLR)

Demostración alternativa

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El área del sector circular es: A=πR2⋅θ2π=R2⋅θ2

Si se bisecciona el ángulo θ, y por tanto la porción triangular, se obtienen dos triángulos con área total:

Rsen⁡θ2⋅Rcos⁡θ2=R2sen⁡θ2cos⁡θ2

Dado que el área del segmento es el área del sector menos el área de la porción triangular, se obtienen

A=R2(θ2−sen⁡θ2cos⁡θ2)

De acuerdo con la identidad trigonométrica de ángulo doble sen⁡2θ=2sen⁡θcos⁡θ, por lo tanto:

sen⁡θ2cos⁡θ2=12sen⁡θ

con lo que resulta que el área es:

A=R2(θ2−12sen⁡θ)=R22(θ−sen⁡θ)

Véase también

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Enlaces externos

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