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Aufgabe:

Hallo,

ich möchte gerne von einem Kreisringfundament das Volumen berechnen (s. System mit den blauen Linien bzw. das untere Bild). Ich habe zunächst das Fundament in 3 Teilstücken aufgeteilt. In 2 Rechtecke und einem Dreieck.
Die zwei Rechtecke habe ich mit der Formel für einen Hohlzylinder berechnet.


Problem/Ansatz:

Nun habe ich das Problem die Dreiecksteile zu berechnen.
Meine Idee war es:
1.Ein "Ersatzzylinder" (in grau) zu erstellen
2. Volumen des Ersatzzylinders berechnen
3. Zur vereinfachung habe ich mir nur die eine hälfte des Systems angeschaut (Symmetrie)
4. Das Verhältnis der einzelnen Längen zur Gesamtlänge des halbierten Systems berechnet (21,50m/2)=10,75m und diesen Prozentwert dann mal dem Gesamtvolumen des halben Systems berechnet
5. Am Ende habe ich von dem dritten Volumenanteil die Hälfte genommen, da es sich ja um ein Dreieck handelt und nicht um ein gesamten Rechteck wie im Ersatzsystem

Meine Frage ist, ob es so richtig wäre zu rechnen? Darf man rückschlüsse auf den Anteil der Länge auf das Volumen ziehen?
Gibt es sonst eine andere Möglichkeit das Volumen des Kreisringfundaments zu berechnen?IMG_7968.jpg

Text erkannt:

Bereits ermittelt: \( A=421,78 \mathrm{~m}^{\wedge} 3 \)
\( B=136,42 \mathrm{~m}^{\wedge} 3 \)

Gesucht
\( \frac{93.92 m^{3}}{2} \cdot 46.96 m^{2} \)
Volumen Ersatzzylinder
\( \begin{aligned} V_{z 1}=\pi \cdot r^{2} \cdot h & =\pi \cdot 10,75^{2}: 1,35 \\ & =490,1179 \mathrm{~m}^{3} \end{aligned} \)
symmetrie: \( \quad \frac{V_{2 y 1}}{2}=245,06 \mathrm{~m}^{3} \)
Volumenanteile der einzelnen QS berechnen
(4) \( 4: \frac{8,40 m}{2}-4,20 \mathrm{~m} \)

Anteil von der Länge: \( \frac{4,20 \mathrm{~m}}{10,76 \mathrm{~m}}=0,3907=39,071 \).
\( -> \) Volumenanteil: \( 245,06 \mathrm{~m}^{3}: 0,3907 \cdot 95,75 \mathrm{~m}^{2} \)
(2) \( l_{2}=10,75 m-4,20 m-4,42 m=2,43 m \)

Anteil von der Länge: \( \quad \frac{2,43 \mathrm{~m}}{10,35 \mathrm{~m}}=0,2261=22,61 \% \)
-> Volumenanteil: \( \quad 245,06 \mathrm{~m}^{3} \cdot 0,2261=55,41 \mathrm{~m}^{3} \).
(3) \( l_{3}=\frac{21,50 m}{2}-\frac{13,26 m}{2}=4,12 \mathrm{~m} \)

Anteil von der Länge: \( \frac{4,12 m}{10,75 m}=0,3833=38,33 \% \)
\( \rightarrow \) Volumenanteil: \( \quad 245,06 m^{3} \cdot 0,3833=93,92 m^{3} \)

IMG_7968.jpg

Text erkannt:

Bereits ermittelt: \( A=421,78 \mathrm{~m}^{\wedge} 3 \)
\( B=136,42 \mathrm{~m}^{\wedge} 3 \)

Gesucht
\( \frac{93.92 m^{3}}{2} \cdot 46.96 m^{2} \)
Volumen Ersatzzylinder
\( \begin{aligned} V_{z 1}=\pi \cdot r^{2} \cdot h & =\pi \cdot 10,75^{2}: 1,35 \\ & =490,1179 \mathrm{~m}^{3} \end{aligned} \)
symmetrie: \( \quad \frac{V_{2 y 1}}{2}=245,06 \mathrm{~m}^{3} \)
Volumenanteile der einzelnen QS berechnen
(4) \( 4: \frac{8,40 m}{2}-4,20 \mathrm{~m} \)

Anteil von der Länge: \( \frac{4,20 \mathrm{~m}}{10,76 \mathrm{~m}}=0,3907=39,071 \).
\( -> \) Volumenanteil: \( 245,06 \mathrm{~m}^{3}: 0,3907 \cdot 95,75 \mathrm{~m}^{2} \)
(2) \( l_{2}=10,75 m-4,20 m-4,42 m=2,43 m \)

Anteil von der Länge: \( \quad \frac{2,43 \mathrm{~m}}{10,35 \mathrm{~m}}=0,2261=22,61 \% \)
-> Volumenanteil: \( \quad 245,06 \mathrm{~m}^{3} \cdot 0,2261=55,41 \mathrm{~m}^{3} \).
(3) \( l_{3}=\frac{21,50 m}{2}-\frac{13,26 m}{2}=4,12 \mathrm{~m} \)

Anteil von der Länge: \( \frac{4,12 m}{10,75 m}=0,3833=38,33 \% \)
\( \rightarrow \) Volumenanteil: \( \quad 245,06 m^{3} \cdot 0,3833=93,92 m^{3} \)

IMG_7971.jpg

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2 Antworten

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Die Betrachtung der Hälfte ist hier auch falsch, denn bei der Berechnung eines Zylinders nutzt du sowieso den Radius und nicht den Durchmesser.

Darf man rückschlüsse auf den Anteil der Länge auf das Volumen ziehen?

Kann man, muss man dann aber richtig machen. Der Radius skaliert quadratisch. Eine Verdopplung vom Radius führt zu einer Vervierfachung des Volumens, denn

\(V_{2r}=(2r)^2\pi h = 4r^2\pi h= 4V_r\)

Bei der Verdopplung der Höhe, verdoppelt sich auch das Volumen des Zylinders.

Aufgrund eines Denkfehlers meinerseits, muss ich die Antwort anpassen. Die Verdopplung des Dreiecks zu einem Rechteck funktioniert nicht, da das Volumen der Ergänzung geringfügig größer ist. Rotiert man das gelbe Dreieck, so entsteht ein Kegelstumpf. Den inneren Zylinder ziehen wir dann ab.

Formel: \(V_{\text{Kegelstumpf}}=\frac{1}{3}\pi h (r^2+rR+R^2)\), wobei \(r\) bzw. \(R\) unterer und oberer Radius sind.

Kontrolle: \(V=\pi \cdot 1,35[\frac{1}{3}(10,75^2+10,75\cdot 6,63+6,63^2)-6,63^2)\approx 139,85\)

Avatar von 18 k
Ergänze das Dreieck zu einem Rechteck, berechne das Volumen wie für A und B und nimm zum Schluss die Hälfte von dem Volumen.

Das verstehe ich nicht. Das zu ergänzende Dreieck erzeugt doch bei der rotation ein größeres Volumen als das gelbe Dreieck.

Warum? Das zu ergänzende Dreieck ist doch flächengleich zum gelben Dreieck.

blob.png

Das weiße Dreieck ergänzt das gelbe zu einem Rechteck. Beim Rotieren erzeugt das weiße aber ein größeres Volumen, also nützt es nichts, das Volumen des vom rotierenden Rechteck durchlaufenen Raumes durch zwei zu teilen.

Warum sollte das Volumen größer sein? Du kannst den Graphen von \(-x-1\) im Intervall von 0 bis 1 genauso um die x-Achse rotieren lassen wie den Graphen von \(x\). Die Rotationskörper haben ein identisches Volumen. Ich sehe nicht, warum das des weißen Dreiecks größer sein sollte.

Na ja, ich bin der Meinung, es müsse um die y-Achse rotiert werden.

Ich hab das Bild einfach um 90 Grad gedreht. Dann kann ich auch um die x-Achse rotieren. Aber stimmt. Es ist geringfügig größer.

Habe die Antwort angepasst. Am besten arbeitet man hier direkt mit einem Kegelstumpf, der bei Rotation entsteht.

Vielen Dank für die Antworten!

Ich kann leider nicht ganz nachvollziehen, warum bei der Rotation ein Kegelstumpf entsteht und kein Kegel?

https://www.desmos.com/calculator/wvjxn59mrp
Das ist die Figur. Maße stimmen nicht, geht nur ums Bild. Wenn du jetzt rotierst, hast du ja keine Spitze. Deswegen ein Kegelstumpf und kein Kegel.

Wenn ich an der x-Achse rotiere dann entsteht doch trotzdem ein Kegel oder nicht?

Hier sieht es zumindest so aus: https://de.serlo.org/mathe/2187/rotationskoerper

Entsteht nicht erst ein Kegelstumpf, wenn y ungleich 0 ist?


Ich verstehe nicht warum man sich den Rotationskörper anschaut?

Siehe mein Bild. Wir rotieren um die y-Achse. Es handelt sich doch bei deiner Abbildung um ein "Kreisringfragment", das heißt, ich habe mir das ganze Gebilde "rund" vorzustellen oder nicht? Beachte dabei auch, dass wir ebenfalls den "inneren Zylinder" zunächst mit betrachten. Dann entsteht ein Kegelstumpf (siehe Bild). Würden wir nur die beiden Dreiecke rotieren ohne Zwischen (!), dann wäre es ein Kegel. Wir haben hier aber diesen Zwischenraum. Deswegen ziehen wir die Volumen des daraus resultierenden Zylinders wieder ab.

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Volumenanteil: \( 245,06 \mathrm{~m}^{3}\cdot 0,3907 = 95,75 \mathrm{~m}^{2} \)

Das ist nicht richtig, weil in der Formel für das Volumen \(r^2\) vorkommt.

Würde in der Formel für das Volumen stattdessen nur \(r\) vorkommen, dann dürftest du so rechnen.

Vergleichbar damit ist die Tatsache, dass sich der Flächeninhalt eines Quadrates vervierfacht wenn du die Seitenlänge verdoppelst.

Avatar von 107 k 🚀

Das hab ich doch schon erläutert. ;)

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