Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 38 mm und die Höhe h = 7 mm. 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 ⋅ 382 mm² ≈ 4536,46 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 4536.46 mm² mit der Höhe h = 7 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 4536.46 mm² ⋅ 7 mm ≈ 31755,22 mm³

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 = 7 mm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅38 mm ≈ 238.76 mm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 4536.46 mm² + 7 mm ⋅ 2π ⋅ 38 mm
≈ 9072.92 mm² + 7 mm ⋅ 238.76 mm
≈ 9072.92 mm² + 1671.33 mm²
10744,25 mm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 188.5 m² = und den Radius r = 6 m. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.

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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 · 6 · h = 188.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

37,698h = 188,5

37,698h = 188,5 |:37,698
h = 5,0003

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 ⋅ 62 m² ≈ 113,1 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 113.1 m² mit der Höhe h = 5 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 113.1 m² ⋅ 5 m ≈ 565,49 m³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 4146.9 cm² = und den Radius r = 24 cm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.

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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 · 24 2 + 2π · 24 · h = 4146.9

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

150,792h +3619,008 = 4146,9

150,792h +3619,008 = 4146,9 | -3619,008
150,792h = 527,892 |:150,792
h = 3,5008

Wir erhalten also h = 3.5 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 ⋅ 242 cm² ≈ 1809,56 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 1809.56 cm² mit der Höhe h = 3.5 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 1809.56 cm² ⋅ 3.5 cm ≈ 6333,45 cm³

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 1,41m² und wird von einer 8 cm dicken Betonwand ummantelt. Wie schwer wird das Kanalelement, wenn 1m³ Beton 2000 kg wiegt?

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Zuerst versuchen wir den Radius aus dem gegebenen Flächeninhalt der inneren Querschnittsfläche Ain = 1,41 zu berechen.

Ain = π rin2

1,41 m² = π rin2 | :π

0,449 m² = rin2

0,67 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 0,67 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,08 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 0,75 m.

Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 0,752 ≈ 1,767 m2

Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 1,41 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 1,767 m2 - 1,41 m2 = 0,357 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 = 0,357 m2 ⋅ 4 m = 1,428 m3

Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 2000 kg/m3:

m = 1,428 m3 ⋅ 2000 kg/m3 = 2856 kg.