Matemáticas 6.º

Volumen del cubo y la caja

45 min · DBA 5, 6

Lo que vas a aprender
  • Explicar el volumen como la cantidad de cubitos de una unidad que caben en un cuerpo.
  • Calcular el volumen de un cubo y de una caja (ortoedro) con largo · ancho · alto.
  • Convertir entre centímetros cúbicos y metros cúbicos.
  • Estimar el volumen de un empaque redondeando sus medidas y comparar el resultado con un dato dado.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Cuando se llena un camión con cajas, cuando se compra arena para una obra o cuando se escoge el empaque de un jugo, la pregunta es la misma: ¿cuánto cabe? El borde de una figura se mide con el perímetro y su superficie con el área. El espacio que ocupa un cuerpo se mide con el volumen.

En esta lección vas a medir volúmenes contando cubitos, vas a descubrir por qué el volumen de una caja es largo por ancho por alto y vas a usarlo para revisar un empaque.

Antes de empezar necesitas recordar cómo se multiplican tres naturales y qué es un cubo y un ortoedro.

Explicación

Medir con cubitos

Para medir una longitud usamos un segmento de unidad, y para medir un área, un cuadrado de unidad. Para medir un volumen usamos un cubo de unidad. Si el cubito tiene 1 cm de arista, su volumen es un centímetro cúbico, 1 cm³. Un dado pequeño mide más o menos eso. Si el cubo tiene 1 m de arista, su volumen es un metro cúbico, 1 m³: es un cajón en el que cabe acurrucado un niño de tu edad.

Medir el volumen de una caja es contar cuántos cubitos caben dentro, sin dejar huecos y sin montar uno sobre otro a medias.

Una caja llena de cubitos de 1 cm de arista: cuatro a lo largo, tres a lo ancho y dos capas de alto.

Por capas: largo · ancho · alto

No hace falta contar los cubitos uno por uno. Mira la capa de abajo: tiene tantas filas como el ancho y tantos cubitos en cada fila como el largo. Así que en una capa caben largo · ancho cubitos. Luego se cuentan las capas, que son tantas como el alto. Por eso:

$$V_{\text{caja}} = \text{largo} \cdot \text{ancho} \cdot \text{alto}$$

Un cubo es una caja con las tres medidas iguales. Si su arista mide $a$:

$$V_{\text{cubo}} = a \cdot a \cdot a = a^3$$

De ahí viene que $a^3$ se lea «$a$ al cubo». Las tres medidas tienen que estar en la misma unidad. Si están en cm, el volumen sale en cm³; si están en m, sale en m³.

Volumen no es área

El área de una caja y su volumen responden preguntas distintas. El área de sus caras dice cuánto cartón o cuánto papel hace falta para hacerla o forrarla: se cuenta en cuadrados, cm². El volumen dice cuánto cabe adentro: se cuenta en cubitos, cm³. Por eso un volumen nunca se escribe en cm², y un área nunca en cm³.

Tampoco van siempre juntos. Dos cajas pueden tener el mismo volumen y necesitar distinta cantidad de cartón. Con los mismos cubitos se pueden armar una caja larga y delgada o una más parecida a un cubo: caben las mismas cosas, pero la forma cambia y con ella el cartón.

Ejemplo resuelto

Contar los cubitos de la figura

En la caja de la figura caben 4 cubitos a lo largo, 3 a lo ancho y 2 capas de alto. Cada cubito tiene 1 cm de arista. ¿Cuál es su volumen?

Ver la solución paso a paso
  1. La capa de abajo tiene 3 filas de 4 cubitos:

    $$4 \cdot 3$$

  2. Cada capa tiene $12$ cubitos.

  3. Hay 2 capas iguales:

    $$12 \cdot 2$$

  4. En total caben $24$ cubitos.

  5. Es lo mismo que multiplicar las tres medidas de una vez: $4 \cdot 3 \cdot 2 = 24$

Respuesta: Caben 24 cubitos, así que el volumen es de 24 cm³.

Una caja de 4 × 3 × 2largo 4ancho 3alto 212 cubos en la primera capa · 1 capalargo 4ancho 3alto 22 capas · 24 cubos

Llena la caja capa por capa: 4 de largo, 3 de ancho y 2 de alto. Después pon las medidas del salón, 8, 6 y 3, y mira cuántos cubos caben en cada capa y en todo.

Ejemplo resuelto

El aire de un salón

Un salón de clase inventado mide 8 m de largo, 6 m de ancho y 3 m de alto. ¿Cuántos metros cúbicos de aire tiene?

Ver la solución paso a paso
  1. El salón es un ortoedro. En el piso caben, en una capa:

    $$8 \cdot 6$$

  2. Son $48$ cubos de un metro de arista en cada capa.

  3. Y hay tres capas, porque el alto es de 3 m:

    $$48 \cdot 3$$

  4. El salón tiene $144$ m³ de aire.

Respuesta: El salón tiene 144 m³ de aire.

De metros cúbicos a centímetros cúbicos

Un metro tiene 100 centímetros. Uno podría pensar que un metro cúbico tiene 100 centímetros cúbicos, pero no es así. Imagina el cubo de un metro lleno de cubitos de un centímetro: a lo largo caben 100, a lo ancho caben 100 y hay 100 capas.

Ejemplo resuelto

¿Cuántos centímetros cúbicos tiene un metro cúbico?

Halla cuántos cm³ hay en 1 m³, y úsalo para pasar 2 m³ a cm³ y 350 000 cm³ a m³.

Ver la solución paso a paso
  1. Una capa del cubo de un metro tiene 100 filas de 100 cubitos, y hay 100 capas:

    $$100 \cdot 100 \cdot 100$$

  2. En 1 m³ caben $1\,000\,000$ cm³: un millón.

  3. Para pasar de m³ a cm³ se multiplica por un millón:

    $$2 \cdot 1\,000\,000$$

  4. Son $2\,000\,000$ cm³.

  5. Para pasar de cm³ a m³ se divide entre un millón:

    $$\frac{350\,000}{1\,000\,000}$$

  6. Son $0{,}35$ m³, algo más de la tercera parte de un metro cúbico.

Respuesta: 1 m³ = 1 000 000 cm³; 2 m³ son 2 000 000 cm³ y 350 000 cm³ son 0,35 m³.

Estimar y revisar un empaque

Antes de multiplicar, estima: redondea cada medida a un número cómodo y multiplica de cabeza. Así sabes más o menos qué resultado esperar, y si la cuenta exacta se aleja mucho, te equivocaste en algo.

La estimación también sirve para revisar lo que dice un empaque. El volumen que calculas con las medidas de afuera es el de la caja completa. Lo que trae adentro puede ser menos, porque el cartón tiene grosor y casi siempre queda un poco de aire.

Ejemplo resuelto

La caja de jugo

Una caja de jugo mide por fuera 6 cm de largo, 4 cm de ancho y 10 cm de alto (medidas inventadas). Su etiqueta, también inventada, dice que trae 200 cm³ de jugo. ¿Cuál es el volumen de la caja y cuánto espacio no ocupa el jugo?

Ver la solución paso a paso
  1. El volumen de la caja es largo por ancho por alto:

    $$6 \cdot 4 \cdot 10$$

  2. La caja tiene $240$ cm³.

  3. Comparamos con la etiqueta: la caja es más grande que el jugo que trae, $240 > 200$

  4. La diferencia es el espacio que ocupan el cartón y el aire:

    $$240 - 200$$

  5. Son $40$ cm³. Que la caja sea un poco más grande que lo que dice la etiqueta es razonable; si fuera más pequeña, el dato de la etiqueta no cuadraría.

Respuesta: La caja tiene 240 cm³; el jugo no ocupa 40 cm³, que son el cartón y el aire.

Práctica

Una caja se llena con cubitos de 1 cm de arista: 5 en cada fila, 3 filas en cada capa y 4 capas. ¿Cuál es su volumen, en cm³?

Una caja de lápices mide 12 cm de largo, 5 cm de ancho y 3 cm de alto. ¿Cuál es su volumen, en cm³?

Un cubo tiene aristas de 4 cm. ¿Cuál es su volumen, en cm³?

¿Cuántos centímetros cúbicos son 3 m³?

¿Cuántos metros cúbicos son 500 000 cm³? Escribe el número con coma decimal.

Juan dice que en un metro cúbico caben 100 cubitos de 1 cm de arista, porque un metro tiene 100 cm. ¿Es verdad que $100 \cdot 100 \cdot 100 = 100$?

Una caja de cereal inventada mide 19 cm por 11 cm por 29 cm. Si redondeas cada medida a la decena más cercana, ¿cuál es la mejor estimación de su volumen, en cm³?

¿Cuál es el volumen exacto, en cm³, de la misma caja de 19 cm por 11 cm por 29 cm?

Una caja tiene 240 cm³ de volumen y su fondo es un rectángulo de 8 cm por 6 cm. ¿Cuántos centímetros mide de alto?

¿Cuántos cubos de 2 cm de arista caben en una caja de 10 cm de largo, 6 cm de ancho y 4 cm de alto?

Una caja mide 4 cm por 3 cm por 2 cm y otra mide 6 cm por 2 cm por 2 cm. ¿Es verdad que tienen el mismo volumen, $4 \cdot 3 \cdot 2 = 6 \cdot 2 \cdot 2$?

Lucía calculó que una caja de galletas tiene más volumen que lo que dice la etiqueta de su contenido. ¿Qué es lo más razonable?

Reto

Abre el candado con volúmenes.

Cada pista da una cifra del código. Escribe solo el número, sin la unidad.

Reto

¿Qué caja tiene otro volumen?

Cada tarjeta es la cuenta del volumen de una caja. En cada ronda, tres cajas tienen el mismo volumen y una no: toca esa.

Reto

Busca las palabras del volumen.

Encuentra en la sopa las seis palabras, sin tildes.

Cierre

En resumen

  • El volumen mide el espacio que ocupa un cuerpo y se cuenta en cubitos de unidad, como el cm³ o el m³.

  • En una caja, cada capa tiene largo · ancho cubitos y hay tantas capas como el alto; por eso V = largo · ancho · alto.

  • El volumen de un cubo de arista a es a · a · a.

  • 1 m³ = 100 · 100 · 100 cm³ = 1 000 000 cm³.

  • Estimar con medidas redondeadas permite saber qué resultado esperar y revisar el dato de un empaque.

Vocabulario

Volumen

La medida del espacio que ocupa un cuerpo: cuántos cubitos de una unidad caben en él.

Centímetro cúbico

El volumen de un cubito de 1 cm de arista. Se escribe cm³.

Metro cúbico

El volumen de un cubo de 1 m de arista. Se escribe m³.

Capa

Cada piso de cubitos que llena el fondo de una caja; todas las capas tienen los mismos cubitos.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Medir con regla tres empaques de la casa en forma de caja, estimar su volumen redondeando las medidas, calcularlo con largo · ancho · alto y ordenar los empaques del más grande al más pequeño.