Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Radius 33,5 mm und die Höhe h = 5 mm. 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 ⋅ 33.52 mm² ≈ 3525,65 mm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 3525.65 mm² mit der Höhe h = 5 mm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 3525.65 mm² ⋅ 5 mm ≈ 17628,26 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 = 5 mm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅33.5 mm ≈ 210.49 mm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 3525.65 mm² + 5 mm ⋅ 2π ⋅ 33.5 mm
≈ 7051.3 mm² + 5 mm ⋅ 210.49 mm
≈ 7051.3 mm² + 1052.43 mm²
≈ 8103,74 mm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 2349.9 cm² = und die Höhe h = 8.5 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 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:

2⋅π · r · 8,5 = 2349.9

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

53,4055r = 2349,9

53,4055r = 2349,9 |:53,4055
r = 44,0011

Wir erhalten also r = 44 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 ⋅ 442 cm² ≈ 6082,12 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 6082.12 cm² mit der Höhe h = 8.5 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 6082.12 cm² ⋅ 8.5 cm ≈ 51698,05 cm³

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Mantelflächeninhalt M = 587.5 cm² = und den Radius r = 17 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:

2⋅π · 17 · h = 587.5

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

106,811h = 587,5

106,811h = 587,5 |:106,811
h = 5,5004

Wir erhalten also h = 5.5 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 ⋅ 172 cm² ≈ 907,92 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 907.92 cm² mit der Höhe h = 5.5 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 907.92 cm² ⋅ 5.5 cm ≈ 4993,56 cm³

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Eine Firma stellt Kanalelemente aus Beton her. Diese haben die Form eines hohlen Zylinders und sind immer 4m lang. Die Querschnittsfläche des Kanals beträgt 2,776m² und wird von einer 16 cm dicken Betonwand ummantelt. Wie schwer wird das Kanalelement, wenn 1m³ Beton 2600 kg wiegt?

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Zuerst versuchen wir den Radius aus dem gegebenen Flächeninhalt der inneren Querschnittsfläche Ain = 2,776 zu berechen.

Ain = π rin2

2,776 m² = π rin2 | :π

0,884 m² = rin2

0,94 m ≈ rin

Der Radius des inneren Kreises ist also rin = 0,94 m.

Die Differenz der Radien (vom äußeren und inneren Kreis) beträgt 0,16 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 = 2,776 m2 hat, gilt für den Flächeninhalt des (in der Skizze blau eingefärbten) Kreisrings
G = Aout - Ain = 3,801 m2 - 2,776 m2 = 1,025 m2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des Hohlzylinders h = 4 m:

V = 1,025 m2 ⋅ 4 m = 4,102 m3

Die gesuchte Masse erhalten wir nun noch durch Multiplizieren mit der Dichte 2600 kg/m3:

m = 4,102 m3 ⋅ 2600 kg/m3 = 10665,2 kg.