Ângulos e suas medidas
Um ângulo é a “abertura” entre duas semirretas de mesma origem. Para medi-lo, transportamos a pergunta para um arco: o ângulo mede o mesmo que o arco que ele determina numa circunferência centrada no seu vértice.
A história
Os Elementos de Euclides (c. 300 a.C.) definem o ângulo plano como “a inclinação, uma em relação à outra, de duas linhas num plano que se encontram e não estão em linha reta”. A definição parece simples, mas os gregos discutiram durante séculos o que é, afinal, um ângulo: uma quantidade, que se pode somar e comparar? uma qualidade, como uma forma? ou uma relação entre duas linhas? Quem conta essa disputa é Proclo, no século V, no seu comentário a Euclides. A saída que adotamos — medir o ângulo pelo arco que ele determina numa circunferência centrada no vértice — deixa a pergunta filosófica de lado e transforma o ângulo num número.
O mostrador do relógio também tem raízes antigas: a divisão do dia e da noite em 12 horas vem dos egípcios, e os 60 minutos de cada hora, da base 60 dos babilônios. O ponteiro dos minutos, porém, só se tornou comum depois que Christiaan Huygens construiu o relógio de pêndulo, em 1656, o primeiro preciso o bastante para que ele fizesse sentido.
A notação dos ângulos. Euclides escrevia “o ângulo $ABC$” por extenso. Os sinais para “ângulo” e “ângulo reto” só apareceram no século XVII, e por mais de dois séculos cada autor usou o seu:
- 1618Kepler, no Epitome astronomiae Copernicanae, usa um sinal para o ângulo reto.
- 1634Pierre Hérigone, no Cursus mathematicus, cria sinais para “ângulo” e “ângulo reto” — o seu livro é cheio de símbolos novos.
- 1672–1698William Leybourn, John Kersey e Samuel Reyher propõem outras formas nos seus livros de geometria e álgebra.
- 1794Legendre, nos Éléments de géométrie, um dos livros de geometria mais lidos do século XIX.
- 1827Möbius, no Der barycentrische Calcul.
- 1847Oliver Byrne publica os Elementos de Euclides em cores, com os ângulos desenhados em vez de nomeados.
- 1897Giuseppe Peano, no Formulario mathematico, tenta padronizar toda a notação da matemática.
Fontes: Eudemo (MacTutor) · Euclides (MacTutor) · Aulo Gélio, Noites áticas, XIII.5 · Euclides, Elementos, livro I, definição 8 · F. Cajori, A History of Mathematical Notations, vol. I (1928).
No dia a dia
- Manobras. No skate e no snowboard, as manobras têm nome de ângulo: um 180 é meia-volta, um 360 é uma volta inteira e um 540 é uma volta e meia.
- Pistas de aeroporto. O número pintado na cabeceira é o rumo da pista dividido por 10: a pista 09 aponta para $90^\circ$ (leste) e, vista do outro lado, é a 27, rumo $270^\circ$ (oeste).
- Televisão. Recomenda-se que a tela ocupe entre $30^\circ$ e $40^\circ$ do campo de visão; por isso a distância ideal até o sofá depende do tamanho da TV.
Teoria
Ângulos de duas semirretas
Considere duas semirretas $Oa$ e $Ob$ de mesma origem $O$, distintas e não opostas.
- A reta que contém $Oa$ divide o plano em dois semiplanos opostos: $\alpha$, que contém $Ob$, e $\alpha'$, que não contém $Ob$.
- A reta que contém $Ob$ divide o plano em dois semiplanos opostos: $\beta$, que contém $Oa$, e $\beta'$, que não contém $Oa$.
DefiniçãoÂngulo convexo e ângulo côncavo
- O ângulo convexo $a\hat{O}b$ é a intersecção dos semiplanos $\alpha$ e $\beta$: $\;a\hat{O}b = \alpha \cap \beta$.
- O ângulo côncavo $a\hat{O}b$ é a reunião dos semiplanos $\alpha'$ e $\beta'$: $\;a\hat{O}b = \alpha' \cup \beta'$.
DefiniçãoCasos particulares
- Se as semirretas $Oa$ e $Ob$ coincidem, elas determinam dois ângulos: o ângulo nulo e o ângulo de uma volta.
- Se as semirretas $Oa$ e $Ob$ são opostas, elas determinam dois ângulos rasos.
Medida de ângulos
Dado um ângulo $a\hat{O}b$, tome uma circunferência de centro $O$ e raio $r$, e sejam $A$ e $B$ os pontos em que os lados do ângulo a interceptam. A cada arco $\overset{\frown}{AB}$ corresponde um único ângulo central $a\hat{O}b$, e vice-versa.
DefiniçãoMedida de um ângulo
Convencionamos que a um arco unitário corresponde um ângulo central unitário. Então o arco $\overset{\frown}{AB}$ e o ângulo central $a\hat{O}b$ têm a mesma medida.
- O ângulo de $1^\circ$ é o ângulo central que determina na circunferência um arco igual a $\dfrac{1}{360}$ dela.
- O ângulo de 1 rad é o ângulo central que determina um arco de comprimento igual ao raio.
- O ângulo de $60^\circ$ é o ângulo central correspondente a um arco de $60^\circ$.
- O ângulo de $\pi$ rad é o ângulo central correspondente a um arco de $\pi$ rad (o ângulo raso).
Para medir em radianos um ângulo $a\hat{O}b$, construímos uma circunferência de centro $O$ e raio $r$ e verificamos quantos radianos mede o arco $\overset{\frown}{AB}$, isto é, dividimos o comprimento $\ell$ do arco pelo raio:
PropriedadeÂngulo em radianos
$$\alpha = \frac{\ell}{r} \qquad (\alpha \text{ em radianos}).$$Equivalentemente, o comprimento de um arco de ângulo central $\alpha$ rad é $\ell = \alpha \cdot r$.
ExemploÂngulo de um arco de 8 cm
Se o ângulo central $a\hat{O}b$ determina, numa circunferência de raio $r = 5$ cm, um arco de comprimento $\ell = 8$ cm, então
$$\alpha = \frac{\ell}{r} = \frac{8}{5} = 1{,}6 \text{ rad}.$$A medida não depende da circunferência escolhida. Fixado o ângulo $a\hat{O}b$ de medida $\alpha$ rad e construídas circunferências de centro $O$ e raios $r_1, r_2, r_3, \ldots$, os arcos correspondentes têm comprimentos $\ell_1, \ell_2, \ell_3, \ldots$ tais que
$$\frac{\ell_1}{r_1} = \frac{\ell_2}{r_2} = \frac{\ell_3}{r_3} = \cdots = \alpha.$$Por que a razão não depende do raio?
Duas circunferências de mesmo centro são figuras semelhantes: uma é ampliação da outra, com razão $k = \dfrac{r_2}{r_1}$. Numa ampliação, todos os comprimentos são multiplicados por $k$, inclusive o arco determinado pelo mesmo ângulo: $\ell_2 = k\,\ell_1$. Logo
$$\frac{\ell_2}{r_2} = \frac{k\,\ell_1}{k\,r_1} = \frac{\ell_1}{r_1}.$$Ângulos no relógio
O mostrador de um relógio é uma circunferência dividida em 12 partes iguais de $30^\circ$. O ponteiro grande percorre $360^\circ$ em 60 minutos ($6^\circ$ por minuto); o pequeno percorre $30^\circ$ em 60 minutos, ou seja, $0{,}5^\circ$ por minuto. Esses dois fatos resolvem os problemas de ângulo entre ponteiros.
Os exercícios desta seção são os de números 11 a 16 da lista do capítulo.