Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 7,5 cm und die Höhe h = 9 cm. Bestimme sein Volumen und seine Oberfläche.

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Wir wenden die Kreisformel für die Bestimmung des Flächeninhalts der Grundfläche an:
G = π ⋅ r2

G = π ⋅ 7.52 cm² ≈ 176,71 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 176.71 cm² mit der Höhe h = 9 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 176.71 cm² ⋅ 9 cm ≈ 1590,43 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⋅7.5 cm ≈ 47.12 cm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 176.71 cm² + 9 cm ⋅ 2π ⋅ 7.5 cm
≈ 353.43 cm² + 9 cm ⋅ 47.12 cm
≈ 353.43 cm² + 424.12 cm²
777,54 cm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 1583.4 m² = und den Radius r = 36 m. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.

Lösung einblenden

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:

2π · 36 · h = 1583.4

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

226,188h = 1583,4

226,188h = 1583,4 |:226,188
h = 7,0004

Wir erhalten also h = 7 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 ⋅ 362 m² ≈ 4071,5 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 4071.5 m² mit der Höhe h = 7 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 4071.5 m² ⋅ 7 m ≈ 28500,53 m³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 8243.5 mm² = und den Radius r = 32 mm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.

Lösung einblenden

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:

2π · 32 2 + 2π · 32 · h = 8243.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

201,056h +6433,792 = 8243,5

201,056h +6433,792 = 8243,5 | -6433,792
201,056h = 1809,708 |:201,056
h = 9,001

Wir erhalten also h = 9 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 ⋅ 322 mm² ≈ 3216,99 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 3216.99 mm² mit der Höhe h = 9 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 3216.99 mm² ⋅ 9 mm ≈ 28952,92 mm³

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Eine Firma stellt Kanalelemente aus Beton her. Diese haben die Form eines hohlen Zylinders und sind immer 4m lang. Die Querschnittsfläche des Kanals beträgt 1,584m² und wird von einer 9 cm dicken Betonwand ummantelt. Wie schwer wird das Kanalelement, wenn 1m³ Beton 2400 kg wiegt?

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Zuerst versuchen wir den Radius aus dem gegebenen Flächeninhalt der inneren Querschnittsfläche Ain = 1,584 zu berechen.

Ain = π rin2

1,584 m² = π rin2 | :π

0,504 m² = rin2

0,71 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 0,71 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,09 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 0,8 m.

Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 0,82 ≈ 2,011 m2

Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 1,584 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 2,011 m2 - 1,584 m2 = 0,427 m2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des Hohlzylinders h = 4 m:

V = 0,427 m2 ⋅ 4 m = 1,708 m3

Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 2400 kg/m3:

m = 1,708 m3 ⋅ 2400 kg/m3 = 4099,2 kg.