Aufgabenbeispiele von Zylinder

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Zylinder V und O

Beispiel:

Ein Zylinder hat den Durchmesser 35 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 = 35 2 cm = 17.5cm

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

G = π ⋅ 17.52 cm² ≈ 962,11 cm²

Für das Volumen müssen wir nun noch G = 962.11 cm² mit der Höhe h = 6 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 962.11 cm² ⋅ 6 cm ≈ 5772,68 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⋅17.5 cm ≈ 109.96 cm

Somit gilt für die Oberfläche:

O = 2⋅G + M = 2⋅G + h⋅U
≈ 2⋅ 962.11 cm² + 6 cm ⋅ 2π ⋅ 17.5 cm
≈ 1924.23 cm² + 6 cm ⋅ 109.96 cm
≈ 1924.23 cm² + 659.73 cm²
2583,96 cm²

Zylinder rückwärts (einfach)

Beispiel:

Ein Zylinder hat das Volumen V = 141.4 mm³ = und die Höhe h = 5 mm. Bestimme den Mantelflächeninhalt M dieses Zylinders.

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Um den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch den Radius r bestimmen. Hierfür nutzen wir das gegebene Volumen V.

Wir schreiben also einfach die Formel für das gegebene Volumen V auf und setzen alle gegebenen Größen ein.

V = G ⋅ h = π ⋅ r2 ⋅ h, also

π ⋅ r2 ⋅ h = V

alle gegebenen Größen eingesetzt:

π · r 2 · 5 = 141.4

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach r auf:

15,71 r 2 = 141,4

15,71 r 2 = 141,4 |:15,71
r 2 = 9,00064 | 2
r1 = - 9,00064 -3
r2 = 9,00064 3

Wir erhalten also r = 3 und können nun damit den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen.

Der Mantel hat die Form eines Rechtecks, bei dem eine Seite die Höhe h = 5 mm und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅3 mm ≈ 18.85 mm

Somit gilt für den Mantelflächeninhalt:

M = h⋅U
≈ 5 mm ⋅ 2π ⋅ 3 mm
≈ 5 mm ⋅ 18.85 mm
94,25 mm²

Zylinder rückw. (alle Möglichk.)

Beispiel:

Ein Zylinder hat das Volumen V = 2389.2 m³ = und den Radius r = 13 m. Bestimme den Mantelflächeninhalt M dieses Zylinders.

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Um den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen zu können, benötigen wir den Radius r und die Höhe h. Wir müssen also zuerst noch die Höhe h bestimmen. Hierfür nutzen wir das gegebene Volumen V.

Wir schreiben also einfach die Formel für das gegebene Volumen V auf und setzen alle gegebenen Größen ein.

V = G ⋅ h = π ⋅ r2 ⋅ h, also

π ⋅ r2 ⋅ h = V

alle gegebenen Größen eingesetzt:

π · 13 2 · h = 2389.2

Jetzt verrechnen wir die Werte und lösen nach h auf:

530,998h = 2389,2

530,998h = 2389,2 |:530,998
h = 4,4995

Wir erhalten also h = 4.5 und können nun damit den gesuchten Mantelflächeninhalt M berechnen.

Der Mantel hat die Form eines Rechtecks, bei dem eine Seite die Höhe h = 4.5 m und die andere Seite der Umfang der kreisförmigen Grundfläche ist, also U = 2π⋅r = 2π⋅13 m ≈ 81.68 m

Somit gilt für den Mantelflächeninhalt:

M = h⋅U
≈ 4.5 m ⋅ 2π ⋅ 13 m
≈ 4.5 m ⋅ 81.68 m
367,57 m²

Zylinder Anwendungen

Beispiel:

Einen 6 m lange Dachrinne hat einen halbkreisförmigen Querschnitt und ist inklusiv ihres Randes 15 cm breit (Durchmesser des Halbkreises). Die Dachrinne ist aus einem 0,3 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 = 15 cm gegeben, also ist der äußere Radius r = 7,5 cm.

Da die Dicke des halben Hohlylinders 0,3 cm ist, muss also der innere Radius rin = 7,2 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 (7,5 cm)2 - 1 2 π (7,2 cm)2
= 88,357 cm2 - 81,43 cm2
= 6,927 cm2

Damit können wir das Volumen des Hohlzylinders berechnen. Dazu multiplizieren wir einfach den Flächeninhalt des Kreisrings mit der Höhe des halben Hohlzylinders h = 600 cm:

V = 6,927 cm2 ⋅ 600 cm = 4156 cm3

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

m = 4156 cm3 ⋅ 8 g/cm3 = 33248 g = 33,248 kg.