قانون مساحة وحجم الأسطوانة
تعريف الأسطوانة
الأسطوانة هي مجسّم ذو ثلاثة أبعاد، يتكون من قاعدتين دائريتين متقابلتين ومتطابقتين، حيث تنتج الأسطوانة عن إلتفاف المستطيل حول أحد أضلاعه بدورةً كاملة.[1][2] وللأسطوانة مجموعة من الخصائص التي تميزها عن غيرها من الأشكال الهندسية، ومن هذه الخصائصوجود قاعدة مسطّحة الشكل، وتُعدّ القاعدة هي نفسها القمّة؛ أي أنّ القاعدتين العُليا والسُّفلى متطابقتان، كما تحتوي الأسطوانة على جانب واحد، لكنّه مُنحنٍ.[3]
حساب مساحة الأسطوانة الجانبية والكلية
تتكوّن الأسطوانة من مستطيل على شكل منحني، حيث يمثل هذا المستطيل جوانب الأسطوانة بالإضافة إلى قاعدتين كل منهما تشكل دائرة، وبذلك فإنّ مساحة الأسطوانة الكلية تساوي مجموع مساحتها الجانبية إلى مساحة القاعدتين.[1][3]
وتُمثّل المساحة الجانبية للأسطوانة حاصل ضرب محيط الدائرة في ارتفاع الأسطوانة، أيّ 2 ×π× نصف القطر× ارتفاع الأسطوانة، أما بالنسبة لحساب مساحة كل قاعدة من قاعدتي الأسطوانة لوحدها فذلك عن طريق قانون مساحة الدائرة وهي: مساحة الدائرة=π× (نصف القطر)².[1]
أمثلة على حساب المساحة الكلية والجانبية للأسطوانة
- مثال1: جد المساحة الجانبية والكلية لأسطوانة دائرية قائمة، إذا علمت أن نصف قطر قاعدتها الدائرية يساوي 7 م، أما ارتفاعها فيساوي 10م.[1]
- مثال2: جد المساحة الجانبية والكلية لأسطوانة دائرية قائمة، إذا علمت أن نصف قطر قاعدتها الدائرية يساوي4 دسم، أما ارتفاعها فيساوي 12دسم.[1]
استخدامات الأسطوانة
يوجد للأسطوانة العديد من الاستخدامات في الحياة العملية، ومن بعض تطبيقات الأسطوانة التي لا حصر لها ما يأتي:[4]
- مضخات المياه، حيث تتكون مضخة المياة من مجسم أسطواني يستخدم لضخ السائل إلى الخارج بقوة دفع كبيرة.
- المنسوجات، تتشكل آلة تمشيط الألياف والخيوط المكونة للمنسوجات والملابس من مجسم أسطوني.
- علم الآثار، تتكون معضم آثار الشعوب القديمة كالبابليون والآشوريون وغيرها من الشعوب، على مجسمات عدة ومنها المجسمات الأسطوانية كالبراميل والأعمدة المنقوشة والمنحوتة.
- المطابع، وتُستخدم المجسمات الأسطوانية في المطابع أيضاً،حيث أن الآلة المنحنية التي يدور حولها الورق ليتم طباعته هي على شكل أسطوانة.
حساب حجم الأسطوانة
يُمكن حساب حجم أي أسطوانة من خلال ضرب مساحة قاعدتها في الإرتفاع، وبما أنّ القاعدة على شكل دائرة، فإنّ مساحة قاعدة الأسطوانة هي نفسها مساحة الدائرة، والتي هي: مساحة الدائرة= π× (نصف القطر)²، وعليه فإنّ حجم الأسطوانة يساوي:[1]
(حجم الأسطوانة = مساحة قاعدة الأسطوانة × ارتفاع الأسطوانة).[1][1]
أمثلة على حساب حجم الأسطوانة
- مثال1: جد حجم أسطوانة، إذا علمت أنّ نصف قطر قاعدة الأسطوانة يساوي 14 سم، وارتفاعها يساوي 10 سم.[1]
- مثال2: جد ارتفاع أسطوانة، إذا علمت أن سعتها 24640 سم³، وطول نصف قطر قاعدتها يساوي 7سم.[1]
- مثال3: أنبوب معدني أسطواني الشكل مفرغ من الداخل، إذا علمت أن ارتفاعه يساوي 15م، وقطر الأسطوانة الخارجية الأكبر يساوي8 م، وقطر الأسطوانة الداخلية الأصغر يساوي6م، احسب حجم المادة التي صنع منها الأنبوب المعدني.[1]
- مثال4: وضِعَ موشور رباعي قائم قاعدته مربعة الشكل، طول ضلعها يساوي 7سم، داخل مجسم أسطواني دائري قائم، ارتفاعه يساوي 15سم، أما حجمه فيساوي900سم³، احسب المنطقة الفارغة التي تقع بين الأسطوانة والموشور، (داخل الأسطوانة وخارج الموشور).[1]
المراجع
- ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س شادية غرايبة، معن المومني، ياسمين نصير. (2007)، دليل المعلم الرياضيات الصف الثامن (الطبعة الأولى)، الأردن-عمان: وزارة التربية والتعليم إدارة المناهج والكتب المدرسية، صفحة 130-140/ ملف:128-155، ملف إجابات أسئلة الدرس: 199-217، الجزء ثاني. بتصرّف.
- ↑ رجائي سميح العصار، جواد يونس أبو هليل، محمد زهير أبو صبيح (2013)، مدخل إلى أولمبياد ومسابقات الرياضيات (الطبعة الأولى)، الرياض: جامعة الملك فهد للبترول والمعادن عمادة البحث العلمي_ مكتبة العبيكان، صفحة 80-90، جزء الأول. بتصرّف.
- ^ أ ب "Cylinder"، www.mathsisfun.com، اطّلع عليه بتاريخ 10-12-2017. بتصرّف.
- ↑ "cylinder", http://www.dictionary.com, Retrieved 15-1-2018. Edited.
