Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 16 cm und die Höhe h = 5 cm. Bestimme sein Volumen und seine Oberfläche.

Lösung einblenden

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

G = π ⋅ 162 cm² ≈ 804,25 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 804.25 cm² mit der Höhe h = 5 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 804.25 cm² ⋅ 5 cm ≈ 4021,24 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 = 5 cm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅16 cm ≈ 100.53 cm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 804.25 cm² + 5 cm ⋅ 2π ⋅ 16 cm
≈ 1608.5 cm² + 5 cm ⋅ 100.53 cm
≈ 1608.5 cm² + 502.65 cm²
2111,15 cm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 728.8 mm² = und den Radius r = 29 mm. 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 · 29 · h = 728.8

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

182,207h = 728,8

182,207h = 728,8 |:182,207
h = 3,9998

Wir erhalten also h = 4 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 ⋅ 292 mm² ≈ 2642,08 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 2642.08 mm² mit der Höhe h = 4 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 2642.08 mm² ⋅ 4 mm ≈ 10568,32 mm³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat das Volumen V = 28500.5 mm³ = und die Höhe h = 7 mm. Bestimme den Oberflächeninhalt O dieses Zylinders.

Lösung einblenden

Um den gesuchten Oberflächeninhalt O berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch den Radius r 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 · r 2 · 7 = 28500.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

21,994 r 2 = 28500,5

21,994 r 2 = 28500,5 |:21,994
r 2 = 1295,83068 | 2
r1 = - 1295,83068 -35,998
r2 = 1295,83068 35,998

Wir erhalten also r = 36 und können nun damit den gesuchten Oberflächeninhalt O berechnen.

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

G = π ⋅ 362 mm² ≈ 4071,5 mm²

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⋅36 mm ≈ 226.19 mm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 4071.5 mm² + 7 mm ⋅ 2π ⋅ 36 mm
≈ 8143.01 mm² + 7 mm ⋅ 226.19 mm
≈ 8143.01 mm² + 1583.36 mm²
9726,37 mm²

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 2,895m² und wird von einer 14 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 = 2,895 zu berechen.

Ain = π rin2

2,895 m² = π rin2 | :π

0,922 m² = rin2

0,96 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 0,96 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,14 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 1,1 m.

Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 1,12 ≈ 3,801 m2

Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 2,895 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 3,801 m2 - 2,895 m2 = 0,906 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 = 0,906 m2 ⋅ 3 m = 2,718 m3

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

m = 2,718 m3 ⋅ 2400 kg/m3 = 6523,2 kg.