Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 44 m und die Höhe h = 8 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 ⋅ 442 m² ≈ 6082,12 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6082.12 m² mit der Höhe h = 8 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 6082.12 m² ⋅ 8 m ≈ 48656,99 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 = 8 m und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅44 m ≈ 276.46 m

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 6082.12 m² + 8 m ⋅ 2π ⋅ 44 m
≈ 12164.25 m² + 8 m ⋅ 276.46 m
≈ 12164.25 m² + 2211.68 m²
≈ 14375,93 m²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 1105.8 m² = und den Radius r = 22 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:

2⋅π · 22 · h = 1105.8

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

138,226h = 1105,8

138,226h = 1105,8 |:138,226
h = 7,9999

Wir erhalten also h = 8 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 ⋅ 222 m² ≈ 1520,53 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 1520.53 m² mit der Höhe h = 8 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 1520.53 m² ⋅ 8 m ≈ 12164,25 m³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 1935.2 cm² = und den Radius r = 14 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:

2⋅π · 14 2 + 2⋅π · 14 · h = 1935.2

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

87,962h +1231,468 = 1935,2

87,962h +1231,468 = 1935,2 | -1231,468
87,962h = 703,732 |:87,962
h = 8,0004

Wir erhalten also h = 8 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 ⋅ 142 cm² ≈ 615,75 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 615.75 cm² mit der Höhe h = 8 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 615.75 cm² ⋅ 8 cm ≈ 4926,02 cm³

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Eine Firma stellt Kanalelemente aus Beton her. Diese haben die Form eines hohlen Zylinders und sind immer 5m lang. Die Querschnittsfläche des Kanals beträgt 3,664m² und wird von einer 17 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 = 3,664 zu berechen.

Ain = π rin2

3,664 m² = π rin2 | :π

1,166 m² = rin2

1,08 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 1,08 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,17 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 1,25 m.

Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 1,252 ≈ 4,909 m2

Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 3,664 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 4,909 m2 - 3,664 m2 = 1,245 m2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des Hohlzylinders h = 5 m:

V = 1,245 m2 ⋅ 5 m = 6,222 m3

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

m = 6,222 m3 ⋅ 2000 kg/m3 = 12444 kg.