Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 42,5 m und die Höhe h = 10 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 ⋅ 42.52 m² ≈ 5674,5 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 5674.5 m² mit der Höhe h = 10 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 5674.5 m² ⋅ 10 m ≈ 56745,02 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 = 10 m und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅42.5 m ≈ 267.04 m

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 5674.5 m² + 10 m ⋅ 2π ⋅ 42.5 m
≈ 11349 m² + 10 m ⋅ 267.04 m
≈ 11349 m² + 2670.35 m²
14019,36 m²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 791.7 cm² = und den Radius r = 36 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 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 · 36 · h = 791.7

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

226,188h = 791,7

226,188h = 791,7 |:226,188
h = 3,5002

Wir erhalten also h = 3.5 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 ⋅ 362 cm² ≈ 4071,5 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 4071.5 cm² mit der Höhe h = 3.5 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 4071.5 cm² ⋅ 3.5 cm ≈ 14250,26 cm³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 549.8 m² = und die Höhe h = 3.5 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 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 · 3,5 = 549.8

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

21,9905r = 549,8

21,9905r = 549,8 |:21,9905
r = 25,0017

Wir erhalten also r = 25 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 ⋅ 252 m² ≈ 1963,5 m²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 1963.5 m² mit der Höhe h = 3.5 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 1963.5 m² ⋅ 3.5 m ≈ 6872,23 m³

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 0,19 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 0.19 cm ist, muss also der innere Radius rin = 6.31 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 (6.31 cm)2
= 66.366 cm2 - 62.543 cm2
= 3.823 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 = 3.823 cm2 ⋅ 650 cm = 2485 cm3

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

m = 2485 cm3 ⋅ 8 g/cm3 = 19880 g = 19.88 kg.