Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 16,5 m und die Höhe h = 7 m. 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 ⋅ 16.52 m² ≈ 855,3 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 855.3 m² mit der Höhe h = 7 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 855.3 m² ⋅ 7 m ≈ 5987,09 m³

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 m und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅16.5 m ≈ 103.67 m

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 855.3 m² + 7 m ⋅ 2π ⋅ 16.5 m
≈ 1710.6 m² + 7 m ⋅ 103.67 m
≈ 1710.6 m² + 725.71 m²
2436,31 m²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat das Volumen V = 339.3 mm³ = und den Radius r = 6 mm. Bestimme den Mantelflächeninhalt M dieses Zylinders.

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Um den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch die Höhe h bestimmen. Hierfür nutzen wir das gegebene Volumen V.

Wir schreiben also einfach die Formel für das gegebene Volumen V auf und setzen alle gegebenen Größen ein.

V = G ⋅ h = π ⋅ r2 ⋅ h, also

π ⋅ r2 ⋅ h = V

alle gegebenen Größen eingesetzt:

π · 6 2 · h = 339.3

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

113,112h = 339,3

113,112h = 339,3 |:113,112
h = 2,9997

Wir erhalten also h = 3 und können nun damit den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen.

Der Mantel hat die Form eines Rechtecks, bei dem eine Seite die Höhe h = 3 mm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅6 mm ≈ 37.7 mm

Somit gilt für den Mantelflächeninhalt:

M = h⋅U
≈ 3 mm ⋅ 2π ⋅ 6 mm
≈ 3 mm ⋅ 37.7 mm
113,1 mm²

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 1696.5 m² = und den Radius r = 45 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 · 45 · h = 1696.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

282,735h = 1696,5

282,735h = 1696,5 |:282,735
h = 6,0003

Wir erhalten also h = 6 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 ⋅ 452 m² ≈ 6361,73 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6361.73 m² mit der Höhe h = 6 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 6361.73 m² ⋅ 6 m ≈ 38170,35 m³

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Eine Firma stellt Kanalelemente aus Beton her. Diese haben die Form eines hohlen Zylinders und sind immer 3m lang. Die Querschnittsfläche des Kanals beträgt 3,871m² und wird von einer 19 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 = 3,871 zu berechen.

Ain = π rin2

3,871 m² = π rin2 | :π

1,232 m² = rin2

1,11 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 1,11 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,19 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 1,3 m.

Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 1,32 ≈ 5,309 m2

Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 3,871 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 5,309 m2 - 3,871 m2 = 1,438 m2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des Hohlzylinders h = 3 m:

V = 1,438 m2 ⋅ 3 m = 4,316 m3

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

m = 4,316 m3 ⋅ 2000 kg/m3 = 8632 kg.