Площадь поверхности шара вписанного в цилиндр

Найти площадь поверхности:

Площадь поверхности цилиндра: ед.2

Площадь поверхности шара формула:
Sш = 4 π R 2, где R – радиус шара, π – число пи

Площадь поверхности цилиндра формула:
Sц = 2 π R 2 + 2 π R . 2 R = 6 π R 2, где R – радиус цилиндра, π – число пи

Сфера, вписанная в цилиндр

Определение 2.Сферой, вписанной в цилиндр, называют такую сферу, которая касается плоскостей обоих оснований цилиндра, а каждая образующая цилиндра является касательной к сфере (рис. 3).

Рис.3

Определение 3. Если сфера вписана в цилиндр, то цилиндр называют описанным около сферы.

Из рисунка 3 видно, что справедливы следующие два утверждения.

Утверждение 1. Около любой сферы можно описать цилиндр.

Утверждение 2. В цилиндр можно вписать сферу тогда и только тогда, когда высота цилиндра равна диаметру его основания.

Замечание. В том случае, когда в цилиндр можно вписать сферу, радиус вписанной сферы равняется радиусу основания цилиндра.

Площадь боковой поверхности цилиндра через радиус основания и высоту

{S = 2pi r h}

Формула для нахождения боковой поверхности цилиндра через высоту и радиус основания:

{S = 2pi r h}, где π — число Пи (3,14159…), r — радиус основания цилиндра, h — высота цилиндра.

Через диаметр

Как известно, диаметр шара равен двум его радиусам: d = 2R. Следовательно, рассчитать площадь фигуры поверхности можно, используя такой вид формулы:

S = 4 π (d/2)2

Основные утверждения

  • Поверхность шара в четыре раза больше площади его большого круга.
  • Поверхность шарового сегмента равна площади круга, имеющего радиусом отрезок, проведённый от вершины сегмента к окружности, служащей ему основанием.
  • Цилиндр, описанный вокруг шара, имеет объём, равный трём вторым объёма шара, и площадь поверхности, равную трём вторым площади поверхности шара.

Вместе с этой задачей также решают:

Найдите объём многогранника, вершинами которого являются вершины $A,B, C,B_1$ прямоугольного параллелепипеда $ABCDA_1B_1C_1D_1$, у которого $AB = 6, AD = 6$ и $AA_1 = 8$.

Найдите объём многогранника, вершинами которого являются вершины $A,B,C_1,B_1$ прямоугольного параллелепипеда $ABCDA_1B_1C_1D_1$, у которого $AB = 3 , AD = 5$ и $AA_1 = 4$.

В сосуд, имеющий форму правильной треугольной призмы, налили 1800 см3 воды и полностью погрузили в неё деталь. При этом уровень жидкости поднялся с отметки 24 см до отметки 26 см.

Объём правильной четырёхугольной пирамиды SABCD равен 16. Точка E – середина ребра SB. Найдите объём пирамиды EABC.

Площадь полной поверхности цилиндра через радиус основания и высоту

{S = 2pi r (h+r)}

Формула для нахождения полной поверхности цилиндра через высоту и радиус основания:

{S = 2pi r (h+r)}, где π — число Пи (3,14159…), r — радиус основания цилиндра, h — высота цилиндра.

Отношение объемов шара и цилиндра, описанного около сферы, ограничивающей этот шар

Задача. Найти отношение объемов шара и цилиндра, описанного около сферы, ограничивающей этот шар.

Решение. Если R – радиус шара, то объем шара вычисляется по формуле

У описанного около сферы цилиндра радиус основания равен R , а высота равна 2R . Поэтому объем цилиндра равен

Следовательно,

Ответ.

Касательная прямая к сфере. Касательная плоскость к сфере

Определение 1. Прямую называют касательной к сфере (прямой, касающейся сферы), если эта прямая имеет со сферой единственную общую точку. Общую точку касательной прямой и сферы называют точкой касания (рис. 1).

Рис.1

Прямая касается сферы тогда и только тогда, когда эта прямая проходит через точку касания и перпендикулярна радиусу сферы, проведенному в точку касания.

Множество всех прямых, касающихся сферы в некоторой точке, образуют касательную плоскость к сфере в этой точке (рис.2).

Рис.2

Плоскость касается сферы тогда и только тогда, когда плоскость и сфера имеют общую точку, причем только одну.

Плоскость касается сферы тогда и только тогда, когда плоскость и сфера имеют общую точку, причем плоскость перпендикулярна радиусу сферы, проведенному в эту точку.

Общую точку сферы и ее касательной плоскости называют точкой касания.

Решение

Из рисунка, указанного в условии, видно, что, с одной стороны, диаметр шара является диаметром окружности основания цилиндра, а с другой стороны, является высотой цилиндра. Пусть радиус шара равен R, тогда его диаметр равен 2R, значит, высота цилиндра H равна 2R. Находим площадь полной поверхности цилиндра: S полн. пов. цил. = 2S осн. цил. + S бок. пов. цил. = 2pi R^2 + 2pi RH.

2pi R^2 + 2pi RH = 2pi R^2 + 2pi Rcdot 2R = 6pi R^2. По условию 24 = 6pi R^2. Отсюда pi R^2 = 4. Так как S пов. шара = 4pi R^2, то искомая площадь равна 4cdot 4 = 16.

Примеры задач

Задание 1
Вычислите площадь поверхности шара, если его радиус составляет 7 см.

Решение:
Воспользуемся первой формулой (через радиус):
S = 4 ⋅ 3,14 ⋅ (7 см)2 = 615,44 см2.

Задание 2
Площадь поверхности шара равна 200,96 см2. Найдите его диаметр.

Решение:
Выведем величину диаметра из соответствующей формулы расчета площади:

Вписанный в шар цилиндр

Рассмотрим комбинацию тел: шар и вписанный в шар цилиндр.

Цилиндр вписан в шар, если окружности его оснований лежат на поверхности шара. В этом случае говорят также, что шар описан вокруг цилиндра. Центр шара лежит на середине оси цилиндра.

Как и при решении задач на шар, вписанный в цилиндр, чаще всего рассматривают сечение комбинации тел плоскостью, проходящей через ось цилиндра. Это сечение представляет собой вписанный в окружность прямоугольник, стороны которого равны высоте конуса и диаметру его основания. Центр окружности лежит на пересечении диагоналей прямоугольника.

Рассмотрим пример такого осевого сечения. Здесь точка O — центр описанного около цилиндра шара, BD — диаметр шара, OD=R — радиус шара, AB=H — образующая и высота цилиндра, AD — диаметр цилиндра, FD=r — радиус цилиндра.

(как вписанный и центральный углы, опирающиеся на одну дугу AD).

Треугольник AOD — равнобедренный (AO=OD=R), в нем OF=H/2 — высота, медиана и биссектриса.

Треугольник OFD — прямоугольный. По теореме Пифагора получаем соотношение, связывающее радиус шара с радиусом и высотой вписанного в шар цилиндра:

Это же соотношение можно получить из прямоугольного треугольника ABD: по теореме Пифагора

Источники


  • https://www.calc.ru/ploshchad-poverkhnosti-shara-vpisannogo-v-tsilindr.html
  • https://www.resolventa.ru/spr/stereometry/sphere_cilindr.htm
  • https://mnogoformul.ru/ploshhad-poverkhnosti-cilindra
  • https://MicroExcel.ru/ploshad-shara/
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E_%D1%88%D0%B0%D1%80%D0%B5_%D0%B8_%D1%86%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B5
  • https://examer.ru/ege_po_matematike/2020/zadanie_8/task/0sano
  • https://academyege.ru/task/1073.html
  • http://www.uznateshe.ru/vpisannyiy-v-shar-tsilindr/

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об Экселе: формулы, полезные советы и решения
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: