Aufgabenbeispiele von Zylinder
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Zylinder V und O
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Durchmesser 74 mm und die Höhe h = 7 mm. Bestimme sein Volumen und seine Oberfläche.
Zuerst müssen wir den Radius als halben Durchmesser berechnnen: r = mm = 37mm
Wir wenden die Kreisformel für die Bestimmung des Flächeninhalts der Grundfläche an:
G = π ⋅ r2
G = π ⋅ 372 mm² ≈ 4300,84 mm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 4300.84 mm² mit der Höhe h = 7 mm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 4300.84 mm² ⋅ 7 mm ≈ 30105,88 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⋅37 mm ≈ 232.48 mm
Somit gilt für die Oberfläche:
O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 4300.84 mm² + 7 mm ⋅ 2π ⋅ 37 mm
≈ 8601.68 mm² + 7 mm ⋅ 232.48 mm
≈ 8601.68 mm² + 1627.34 mm²
≈
10229,03 mm²
Zylinder rückwärts (einfach)
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 417.8 cm² = und den Radius r = 7 cm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.
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:
= 417.8
Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:
=
| = | |: | ||
| = |
Wir erhalten also h = 9.5 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 ⋅ 72 cm² ≈ 153,94 cm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 153.94 cm² mit der Höhe h = 9.5 cm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 153.94 cm² ⋅ 9.5 cm ≈ 1462,41 cm³
Zylinder rückw. (alle Möglichk.)
Beispiel:
Ein Zylinder hat den Oberflächeninhalt O = 6525.1 cm² = und die Höhe h = 2.5 cm. Bestimme das Volumen V dieses Zylinders.
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:
= 6525.1
Wir teilen auf beiden Seiten durch 2π
Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:
=
| = | | |
= 0
Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):
eingesetzt in x1,2 = ergibt:
r1,2 =
r1,2 =
r1,2 =
r1 =
= =
r2 =
Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):
vor dem Einsetzen in x1,2 =
berechnen wir zuerst die Diskriminante D =
D =
x1,2 =
x1 =
x2 =
Wir erhalten also r = 31 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 ⋅ 312 cm² ≈ 3019,07 cm²
Für das Volumen müssen wir nun noch G = 3019.07 cm² mit der Höhe h = 2.5 cm multiplizieren:
V = G ⋅ h ≈ 3019.07 cm² ⋅ 2.5 cm ≈ 7547,68 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 4,155m² und wird von einer 20 cm dicken Betonwand ummantelt. Wie schwer wird das Kanalelement, wenn 1m³ Beton 2000 kg wiegt?
Zuerst versuchen wir den Radius aus dem gegebenen Flächeninhalt der inneren Querschnittsfläche Ain = 4,155 zu berechen.
Ain = π rin2
4,155 m² = π rin2 | :π
1,323 m² = rin2
1,15 m ≈ rin
Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 1,15 m.
Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,2 m, also beträgt der Radius des äußeren Kreises rout = 1,35 m.
Die gesamte Kreisfläche hat den Flächeninhalt Aout = π ⋅ r²
= π ⋅ 1,352 ≈ 5,726 m2
Da der innere Kreis ja den Flächeninhalt Ain = 4,155 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten)
Kreisrings
G = Aout - Ain = 5,726 m2 - 4,155 m2 = 1,571 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 = 1,571 m2 ⋅ 5 m = 7,854 m3
Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 2000 kg/m3:
m = 7,854 m3 ⋅ 2000 kg/m3 = 15708 kg.
