Start › Definicje i teoria › Matematyka › Bryły obrotowe
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Bryły obrotowe

Walec, stożek i kula — jak powstają przez obrót figury, tworząca, przekrój osiowy i elementy brył obrotowych.

9 definicji
Stereometria — bryły i ich własności SP · szkoła podstawowa
Podstawowe bryły przestrzenne:
  • Graniastosłup: dwie równoległe przystające podstawy (wielokąty), boki prostokątne. Pryzmat prosty: boczne krawędzie $\perp$ podstawie.
  • Ostrosłup: jedna podstawa (wielokąt), wierzchołek. Piramida regularna: podstawa regularna, wierzchołek nad środkiem.
  • Walec: dwie kołowe podstawy, powierzchnia boczna prostopadła
  • Stożek: kołowa podstawa, jeden wierzchołek (szczyt)
  • Kula: zbiór punktów w odległości $r$ od środka
Kluczowe wzory:
  • Graniastosłup: $V = P_{\text{podst}} \cdot h$; $P_{\text{całk}} = 2P_{\text{podst}} + P_{\text{boczna}}$
  • Ostrosłup: $V = \dfrac{1}{3} P_{\text{podst}} \cdot h$
  • Walec: $V = \pi r^2 h$; $P_{\text{całk}} = 2\pi r^2 + 2\pi r h$
  • Stożek: $V = \dfrac{1}{3}\pi r^2 h$; $P_{\text{całk}} = \pi r^2 + \pi r l$ ($l$ — tworząca)
  • Kula: $V = \dfrac{4}{3}\pi r^3$; $P = 4\pi r^2$
Przykład: Stożek: $r = 3$ cm, $h = 4$ cm. Oblicz objętość i tworząca $l$.
  1. $l = \sqrt{r^2 + h^2} = \sqrt{9+16} = 5$ cm
  2. $V = \dfrac{1}{3}\pi \cdot 9 \cdot 4 = 12\pi \approx 37{,}7$ cm³
⚡ Zapamiętaj: Ostrosłup ma objętość $\frac{1}{3}$ graniastosłupa o tej samej podstawie i wysokości. Stożek ma objętość $\frac{1}{3}$ walca — ta zasada "jednej trzeciej" dotyczy wszystkich brył z wierzchołkiem.
Bryły — objętość i jednostki SP · szkoła podstawowa

Czym jest objętość

Objętość mówi, ile miejsca zajmuje bryła — ile sześcianów jednostkowych da się w niej zmieścić. Podajemy ją w jednostkach sześciennych: cm$^3$, dm$^3$, m$^3$.

Podstawowe wzory

$$V_{\text{prostopadłościan}}=a\cdot b\cdot c$$

$$V_{\text{sześcian}}=a^3$$

$$V_{\text{graniastosłup}}=P_p\cdot H$$

Ostatni wzór jest najogólniejszy — prostopadłościan to po prostu graniastosłup o podstawie prostokątnej.

Jednostki objętości

$$1\ \text{dm}^3=1000\ \text{cm}^3,\qquad 1\ \text{m}^3=1\,000\,000\ \text{cm}^3$$

Przelicznik objętości to sześcian przelicznika długości: skoro $1$ m $=100$ cm, to $1$ m$^3=100\cdot100\cdot100$ cm$^3$.

Litry

$$1\ \text{litr}=1\ \text{dm}^3=1000\ \text{cm}^3$$

To najważniejsza zamiana w zadaniach o pojemnikach i akwariach.

Elementy graniastosłupa

Graniastosłup ma dwie jednakowe podstawy i ściany boczne. W graniastosłupie prostym ściany boczne są prostokątami.

  • ścian: liczba boków podstawy plus $2$
  • wierzchołków: dwa razy liczba boków podstawy
  • krawędzi: trzy razy liczba boków podstawy

Przykład dla graniastosłupa trójkątnego: $5$ ścian, $6$ wierzchołków, $9$ krawędzi.

Siatka bryły

Siatka to powierzchnia bryły rozłożona na płasko. Siatka sześcianu składa się z $6$ jednakowych kwadratów; można je ułożyć na $11$ różnych sposobów.

Pole powierzchni a objętość

To dwie różne wielkości: pole podajemy w cm$^2$, objętość w cm$^3$. Pole powierzchni sześcianu to $6a^2$, a objętość to $a^3$.

Na co uważać

Przy zmianie wymiarów objętość rośnie w trzeciej potędze — podwojenie krawędzi sześcianu zwiększa objętość ośmiokrotnie, a nie dwukrotnie. Przy przeliczaniu jednostek objętości dzielimy przez $1000$ lub $1\,000\,000$, nie przez $100$.

Bryły — rodzaje i elementy (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Bryły

Rodzaje brył

Wyróżniamy graniastosłupy, ostrosłupy oraz bryły obrotowe (walec, stożek, kula).

Elementy

Bryły mają ściany, krawędzie i wierzchołki. Sześcian ma $6$ ścian, $12$ krawędzi i $8$ wierzchołków.

Objętość i pole

Objętość mierzymy w jednostkach sześciennych (np. $cm^3$), a pole powierzchni w kwadratowych (np. $cm^2$).

Siatka

Siatka to płaska figura, z której po zagięciu powstaje bryła.

Bryły — objętości i pola (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Bryły — zadania

Objętości

Graniastosłup $V=P_p H$; ostrosłup $V=\frac{1}{3}P_p H$.

Pola

Pole powierzchni to suma pól z siatki bryły.

Strategia

Wypisz dane, rozpoznaj bryłę, dobierz wzór, pilnuj jednostek.

Przykład

Sześcian o krawędzi $a$: $V=a^3$, $P_c=6a^2$.

Objętość bryły obrotowej — metoda dysków i walcowa LO · szkoła średnia
Bryła obrotowa — bryła powstała przez obrót obszaru wokół osi.
Metoda dysków (obrót wokół osi $OX$): $$V = \pi \int_a^b [f(x)]^2\, dx$$ Metoda walcowa (powłokowa) (obrót wokół osi $OY$): $$V = 2\pi \int_a^b x \cdot f(x)\, dx$$
Prosto mówiąc: Metoda dysków: tną bryłę na bardzo cienkie krążki (dyski) — pole każdego dysku to $\pi r^2$, „grubość" to $dx$. Całka sumuje te nieskończenie cienkie dyski. Metoda walcowa: tną na koncentryczne walce — powierzchnia boczna walca to $2\pi r \cdot h$.
Pole powierzchni bocznej bryły obrotowej: $$S = 2\pi \int_a^b f(x) \cdot \sqrt{1 + [f'(x)]^2}\, dx$$ Bryły specjalne (sprawdzenie wzorów):
  • Walec: $f(x) = r$, $V = \pi r^2 h$ ✓
  • Stożek: $f(x) = \tfrac{r}{h}x$, $V = \tfrac{1}{3}\pi r^2 h$ ✓
  • Kula: $f(x) = \sqrt{R^2-x^2}$, $V = \tfrac{4}{3}\pi R^3$ ✓
Oblicz objętość kuli promienia $R$ (obrót półkola $y=\sqrt{R^2-x^2}$ wokół $OX$): $$V = \pi\int_{-R}^{R}(R^2-x^2)\,dx = \pi\left[R^2x - \tfrac{x^3}{3}\right]_{-R}^{R} = \pi\cdot\tfrac{4R^3}{3} = \tfrac{4}{3}\pi R^3$$
⚡ Zapamiętaj: Dyski → $\pi\int [f(x)]^2 dx$ (obrót wokół $OX$). Walce → $2\pi\int x\cdot f(x)\,dx$ (wokół $OY$). Sprawdź wzory na walec, stożek i kulę jako test poprawności rachunków.
Bryły obrotowe LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Stożek

Walec

$$V=\pi r^2H,\qquad P_b=2\pi rH,\qquad P_c=2\pi r(r+H)$$

Powierzchnia boczna po rozwinięciu jest prostokątem o wymiarach $2\pi r$ (obwód podstawy) na $H$. Przekrój osiowy to prostokąt $2r\times H$.

Stożek

$$V=\frac13\pi r^2H,\qquad P_b=\pi rl,\qquad P_c=\pi r(r+l)$$

gdzie $l$ to tworząca, powiązana z pozostałymi wymiarami przez twierdzenie Pitagorasa:

$$l=\sqrt{r^2+H^2}$$

Powierzchnia boczna po rozwinięciu jest wycinkiem koła o promieniu $l$ i kącie $\alpha=\frac{r}{l}\cdot360^\circ$. Przekrój osiowy to trójkąt równoramienny.

Kula

$$V=\frac43\pi r^3,\qquad P=4\pi r^2$$

Każdy przekrój kuli płaszczyzną jest kołem. Przekrój przez środek (koło wielkie) ma promień $r$, a w odległości $d$ od środka — promień $\sqrt{r^2-d^2}$.

Skalowanie

Podwojenie promienia zwiększa pole $4$ razy, a objętość $8$ razy — bo pole zależy od $r^2$, a objętość od $r^3$.

Na co uważać

W stożku do objętości wchodzi wysokość $H$, a do pola bocznego tworząca $l$ — mylenie ich to najczęstszy błąd w tym temacie. W zadaniach o przekroju osiowym będącym kwadratem (walec) zachodzi $H=2r$.

Kula (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Kula

Definicja

Kula to zbiór punktów przestrzeni odległych od środka o nie więcej niż promień $r$; jej brzeg to sfera.

Objętość

$V=\frac{4}{3}\pi r^3$.

Pole powierzchni

$P=4\pi r^2$.

Przekrój

Każdy przekrój płaszczyzną to koło.

Walec (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Walec

Budowa

Walec ma dwie równoległe podstawy będące kołami i powierzchnię boczną.

Objętość

$V=\pi r^2\cdot H$.

Pole powierzchni

$P_c=2\pi r^2+2\pi r H$.

Przekrój osiowy

To prostokąt o bokach $2r$ i $H$.

Bryły wpisane i opisane (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Kula a sześcian

Kula wpisana w sześcian o krawędzi $a$ ma promień $\frac{a}{2}$; kula opisana ma promień $\frac{a\sqrt3}{2}$.

Walec w sześcianie

Promień podstawy walca wpisanego to $\frac{a}{2}$.

Wspólny środek

Środek kuli wpisanej i opisanej pokrywa się ze środkiem bryły.

Zastosowanie

Zadania o stosunku objętości i pól.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.