MA141 Geometria Analítica e Vetores

Primeiro semestre de 2006


Exercício: Molécula de metano.

As moléculas de metano (CH4) têm o formato de um tetraedro regular, com um átomo de hidrogênio em cada vértice, cada um deles ligado ao átomo de carbono no centro do tetraedro. Essas ligações são representadas, na figura 1, pelos vetores OA, OB, OC e OD. Mostre que a soma desses vetores é o vetor nulo e calcule o ângulo formado por duas ligações.

Seja O o centro do tetraedro.
Consideremos o sistema de coordenadas com origem O, plano coordenado xy paralelo à base ABC do tetraedro e eixo x de forma que a projeção do ponto B no plano xy pertença ao eixo x. Assim, o eixo z contém os pontos O e D (figura 1). Vamos determinar as componentes dos vetores OA, OB, OC e OD, com relação a este sistema de coordenadas.

Os triângulos CED e CEO são retângulos em E (figura 2).

Como o segmento CF é a altura do triângulo equilátero CAB, isto é, a altura do triângulo base do tetraedro, temos que CE é igual a dois terços da altura CF. Portanto,


A seguir, utilizando o Teorema de Pitágoras e os triângulos retângulos CED e CEO, obtemos

Considerando a projeção da base ABC no plano xy (figura 3) obtemos:



Assim, temos as componentes dos vetores OA, OB, OC e OD:
Somando os vetores OA, OB, OC e OD obtemos o vetor nulo.

Agora vamos calcular o ângulo entre duas ligações. Para isto, basta calcular o ângulo entre os vetores OA e OB.
Seja θ o ângulo entre os vetores OA e OB. Assim,



Referências:
  1. Elon Lages Lima, Paulo Cezar Pinto Carvalho, Eduardo Wagner, Augusto César Morgado. A Matemática do Ensino Médio, v. 2, Coleção do Professor de Matemática, SBM, 1998.
  2. Reginaldo J. dos Santos. Matrizes Vetores e Geometria Analítica, Imprensa Universitária da UFMG - Belo Horizonte, 2006.


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