Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Durchmesser 92 cm und die Höhe h = 6 cm. Bestimme sein Volumen und seine Oberfläche.

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Zuerst müssen wir den Radius als halben Durchmesser berechnnen: r = 92 2 cm = 46cm

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

G = π ⋅ 462 cm² ≈ 6647,61 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6647.61 cm² mit der Höhe h = 6 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 6647.61 cm² ⋅ 6 cm ≈ 39885,66 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 = 6 cm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅46 cm ≈ 289.03 cm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 6647.61 cm² + 6 cm ⋅ 2π ⋅ 46 cm
≈ 13295.22 cm² + 6 cm ⋅ 289.03 cm
≈ 13295.22 cm² + 1734.16 cm²
15029,38 cm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 587.5 mm² = und die Höhe h = 5.5 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 den Radius r 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 · r · 5,5 = 587.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

34,5565r = 587,5

34,5565r = 587,5 |:34,5565
r = 17,0011

Wir erhalten also r = 17 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 ⋅ 172 mm² ≈ 907,92 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 907.92 mm² mit der Höhe h = 5.5 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 907.92 mm² ⋅ 5.5 mm ≈ 4993,56 mm³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 2714.3 mm² = und die Höhe h = 6 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 den Radius r 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 · r 2 + 2π · r · 6 = 2714.3

Wir teilen auf beiden Seiten durch 2π

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

r 2 +6r = 432

r 2 +6r = 432 | -432

r 2 +6r -432 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

r1,2 = -6 ± 6 2 -4 · 1 · ( -432 ) 21

r1,2 = -6 ± 36 +1728 2

r1,2 = -6 ± 1764 2

r1 = -6 + 1764 2 = -6 +42 2 = 36 2 = 18

r2 = -6 - 1764 2 = -6 -42 2 = -48 2 = -24

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = 3 2 - ( -432 ) = 9+ 432 = 441

x1,2 = -3 ± 441

x1 = -3 - 21 = -24

x2 = -3 + 21 = 18

Wir erhalten also r = 18 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 ⋅ 182 mm² ≈ 1017,88 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 1017.88 mm² mit der Höhe h = 6 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 1017.88 mm² ⋅ 6 mm ≈ 6107,26 mm³

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Einen 6,5 m lange Dachrinne hat einen halbkreisförmigen Querschnitt und ist inklusiv ihres Randes 13 cm breit (Durchmesser des Halbkreises). Die Dachrinne ist aus einem 0,26 cm dicken Blech mit einer Dichte von 8 g/cm³ gefertigt. Wie schwer ist die Dachrinne?

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Der Durchmesser des gesamten Halbzylinders ist ja mit d = 13 cm gegeben, also ist der äußere Radius r = 6,5 cm.

Da die Dicke des halben Hohlylinders 0,26 cm ist, muss also der innere Radius rin = 6,24 cm sein.

Dadurch ergibt sich für den Flächeninhalt des Querschnitts des halben Hohlylinders:

G = Aout - Ain = 1 2 π r2 - 1 2 π rin2 =
= 1 2 π (6,5 cm)2 - 1 2 π (6,24 cm)2
= 66,366 cm2 - 61,163 cm2
= 5,203 cm2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des halben Hohlzylinders h = 650 cm:

V = 5,203 cm2 ⋅ 650 cm = 3382 cm3

Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 8 g/cm3:

m = 3382 cm3 ⋅ 8 g/cm3 = 27056 g = 27,056 kg.