Aufgabenbeispiele von Zylinder
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Zylinder V und O
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Durchmesser 89 cm und die Höhe h = 9 cm. Bestimme sein Volumen und seine Oberfläche.
Zuerst müssen wir den Radius als halben Durchmesser berechnnen: r = cm = 44.5cm
Wir wenden die Kreisformel für die Bestimmung des Flächeninhalts der Grundfläche an:
G = π ⋅ r2
G = π ⋅ 44.52 cm² ≈ 6221,14 cm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6221.14 cm² mit der Höhe h = 9 cm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 6221.14 cm² ⋅ 9 cm ≈ 55990,25 cm³
Für die Oberfläche brauchen wir zwei mal die Grundfläche G für die obere und untere Seite (wenn der Zylinder senkrecht steht) und den Mantel, der die Form eines Rechtecks hat, bei dem eine Seite die Höhe h = 9 cm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅44.5 cm ≈ 279.6 cm
Somit gilt für die Oberfläche:
O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 6221.14 cm² + 9 cm ⋅ 2π ⋅ 44.5 cm
≈ 12442.28 cm² + 9 cm ⋅ 279.6 cm
≈ 12442.28 cm² + 2516.42 cm²
≈
14958,69 cm²
Zylinder rückwärts (einfach)
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 1162.4 cm² = und den Radius r = 37 cm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.
Um das gesuchte Volumen V berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch die Höhe h bestimmen. Hierfür nutzen wir den gegebenen Mantelflächeninhalt M.
Wir schreiben also einfach die Formel für den gegebenen Mantelflächeninhalt M auf und setzen alle gegebenen Größen ein.
M = U ⋅ h = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h, also
2π ⋅ r ⋅ h = M
alle gegebenen Größen eingesetzt:
= 1162.4
Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:
=
= | |: | ||
= |
Wir erhalten also h = 5 und können nun damit das gesuchte Volumen V berechnen.
Wir wenden die Kreisformel für die Bestimmung des Flächeninhalts der Grundfläche an:
G = π ⋅ r2
G = π ⋅ 372 cm² ≈ 4300,84 cm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 4300.84 cm² mit der Höhe h = 5 cm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 4300.84 cm² ⋅ 5 cm ≈ 21504,2 cm³
Zylinder rückw. (alle Möglichk.)
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 12993.6 mm² = und den Radius r = 44 mm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.
Um das gesuchte Volumen V berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch die Höhe h bestimmen. Hierfür nutzen wir den gegebenen Oberflächeninhalt O.
Wir schreiben also einfach die Formel für den gegebenen Oberflächeninhalt O auf und setzen alle gegebenen Größen ein.
O = 2G + M = 2π ⋅ r2 + 2π ⋅ r ⋅ h, also
2 ⋅ π ⋅ r2 + 2π ⋅ r ⋅ h = O
alle gegebenen Größen eingesetzt:
= 12993.6
Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:
=
= | | | ||
= | |: | ||
= |
Wir erhalten also h = 3 und können nun damit das gesuchte Volumen V berechnen.
Wir wenden die Kreisformel für die Bestimmung des Flächeninhalts der Grundfläche an:
G = π ⋅ r2
G = π ⋅ 442 mm² ≈ 6082,12 mm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6082.12 mm² mit der Höhe h = 3 mm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 6082.12 mm² ⋅ 3 mm ≈ 18246,37 mm³
Zylinder Anwendungen
Beispiel:
Eine Firma stellt Kanalelemente aus Beton her. Diese haben die Form eines hohlen Zylinders und sind immer 2m lang. Die Querschnittsfläche des Kanals beträgt 1,767m² und wird von einer 10 cm dicken Betonwand ummantelt. Wie schwer wird das Kanalelement, wenn 1m³ Beton 2200 kg wiegt?
Zuerst versuchen wir den Radius aus dem gegebenen Flächeninhalt der inneren Querschnittsfläche Ain = 1.767 zu berechen.
Ain = π rin2
1.767 m² = π rin2 | :π
0.562 m² = rin2
0.75 m ≈ rin
Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 0.75 m.
Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0.1 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 0.85 m.
Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 0.852 ≈ 2.27 m2
Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 1.767 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten)
Kreisrings
G = Aout - Ain = 2.27 m2 - 1.767 m2 = 0.503 m2
Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des Hohlzylinders h = 2 m:
V = 0.503 m2 ⋅ 2 m = 1.005 m3
Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 2200 kg/m3:
m = 1.005 m3 ⋅ 2200 kg/m3 = 2211 kg.