Kaava säännöllisen katkaistun pyramidin tilavuudelle. Kaavat täyden ja katkaistun pyramidin tilavuudelle
- 09.10.2014
Kuvassa näkyvä esivahvistin on suunniteltu käytettäväksi 4 eri äänilähteen kanssa, esim. mikrofoni, CD-soitin, radio jne. Tässä tapauksessa esivahvistimessa on yksi tulo, joka voi muuttaa herkkyyttä 50 mV:sta 500:aan. mV. vahvistimen lähtöjännite 1000mV. Yhdistämällä eri signaalilähteitä kytkintä SA1 vaihdettaessa saamme aina...
- 20.09.2014
Virtalähde on suunniteltu 15…20 W kuormitukselle. Lähde on valmistettu yksitpiirin mukaan. Transistoria käytetään 20…40 kHz:n taajuudella toimivan itseoskillaattorin kokoamiseen. Taajuutta säädetään kapasitanssilla C5. Elementit VD5, VD6 ja C6 muodostavat oskillaattorin käynnistyspiirin. Siltatasasuuntaajan jälkeisessä toisiopiirissä on tavanomainen lineaarinen stabilisaattori mikropiirissä, jonka avulla voit ...
- 28.09.2014
Kuvassa on K174XA11-mikropiiriin perustuva generaattori, jonka taajuutta ohjataan jännitteellä. Muuttamalla kapasitanssia C1 560:sta 4700 pF:iin voidaan saada laaja taajuusalue, kun taas taajuutta säädetään muuttamalla vastusta R4. Joten esimerkiksi kirjoittaja sai selville, että kun C1 = 560pF, generaattorin taajuutta voidaan muuttaa R4:llä 600 Hz: stä 200 kHz:iin, ...
- 03.10.2014
Yksikkö on suunniteltu antamaan virtaa tehokkaalle ULF:lle, se on suunniteltu ±27V:n lähtöjännitteelle ja jopa 3A:n kuormitukselle kummallekin varrelle. Virtalähde on kaksinapainen, valmistettu täydellisillä komposiittitransistoreilla KT825-KT827. Stabilisaattorin molemmat varret on tehty saman piirin mukaan, mutta toisessa varressa (ei näy) kondensaattoreiden napaisuutta muutetaan ja käytetään eri tyyppisiä transistoreita...
Taito laskea tilakuvien tilavuus on tärkeää, kun ratkaistaan useita käytännön geometrian ongelmia. Yksi yleisimmistä hahmoista on pyramidi. Tässä artikkelissa tarkastellaan sekä täydellisiä että katkaistuja pyramideja.
Pyramidi kolmiulotteisena hahmona
Kaikki tietävät Egyptin pyramideista, joten heillä on hyvä käsitys siitä, millaisesta hahmosta puhumme. Egyptiläiset kivirakenteet ovat kuitenkin vain erikoistapaus valtavasta pyramidien luokasta.
Tarkastelun kohteena oleva geometrinen objekti on yleisessä tapauksessa monikulmiokanta, jonka kukin kärkipiste on kytketty tiettyyn avaruuden pisteeseen, joka ei kuulu pohjan tasoon. Tämä määritelmä johtaa kuvioon, joka koostuu yhdestä n-kulmiosta ja n kolmiosta.
Mikä tahansa pyramidi koostuu n+1 pinnasta, 2*n reunasta ja n+1 pisteestä. Koska kyseessä oleva kuvio on täydellinen monitahoinen, merkittyjen elementtien lukumäärät noudattavat Eulerin yhtäläisyyttä:
2*n = (n+1) + (n+1) - 2.
Pohjassa oleva monikulmio antaa pyramidin nimen, esimerkiksi kolmion muotoinen, viisikulmainen ja niin edelleen. Alla olevassa kuvassa näkyy sarja pyramideja, joissa on eri pohjat.
Pistettä, jossa kuvion n kolmiota kohtaavat, kutsutaan pyramidin kärjeksi. Jos kohtisuora lasketaan siitä pohjalle ja se leikkaa sen geometrisessa keskipisteessä, niin tällaista kuvaa kutsutaan suoraksi. Jos tämä ehto ei täyty, syntyy kalteva pyramidi.
Suorakulmaista kuviota, jonka kanta muodostuu tasasivuisesta (tasakulmaisesta) n-kulmiosta, kutsutaan säännölliseksi.
Pyramidin tilavuuden kaava
Pyramidin tilavuuden laskemiseksi käytämme integraalilaskua. Tätä varten jaamme kuvan leikkaamalla pohjan suuntaisia tasoja äärettömään määrään ohuita kerroksia. Alla olevassa kuvassa on nelikulmainen pyramidi, jonka korkeus on h ja sivupituus L, jossa nelikulmio merkitsee leikkauksen ohutta kerrosta.
Kunkin tällaisen kerroksen pinta-ala voidaan laskea kaavalla:
A(z) = A0*(h-z)2/h2.
Tässä A 0 on kannan pinta-ala, z on pystykoordinaatin arvo. Voidaan nähdä, että jos z = 0, niin kaava antaa arvon A 0 .
Pyramidin tilavuuden kaavan saamiseksi sinun tulee laskea integraali koko kuvan korkeudelta, eli:
V = ∫ h 0 (A(z)*dz).
Korvaamalla riippuvuuden A(z) ja laskemalla antiderivaata saadaan lauseke:
V = -A0*(h-z)3/(3*h2)| h 0 = 1/3 * A 0 * h.
Olemme saaneet pyramidin tilavuuden kaavan. Löytääksesi V:n arvon, kerro vain kuvan korkeus pohjan pinta-alalla ja jaa sitten tulos kolmella.
Huomaa, että tuloksena oleva lauseke pätee minkä tahansa tyyppisen pyramidin tilavuuden laskemiseen. Toisin sanoen se voi olla vinossa ja sen kanta voi olla mielivaltainen n-kulmio.
ja sen tilavuus
Yllä olevassa kappaleessa saatua tilavuuden yleiskaavaa voidaan tarkentaa pyramidin tapauksessa, jossa on säännöllinen kanta. Tällaisen pohjan pinta-ala lasketaan seuraavalla kaavalla:
A 0 = n/4*L 2*ctg(pi/n).
Tässä L on säännöllisen monikulmion sivun pituus, jossa on n kärkeä. Symboli pi on luku pi.
Korvaamalla lausekkeen A 0 yleiseen kaavaan, saadaan säännöllisen pyramidin tilavuus:
Vn = 1/3*n/4*L 2 *h*ctg(pi/n) = n/12*L 2 *h*ctg(pi/n).
Esimerkiksi kolmiopyramidille tämä kaava johtaa seuraavan lausekkeen:
V 3 = 3/12*L 2 *h*ctg(60 o) = √3/12*L 2 *h.
Tavallisen nelikulmaisen pyramidin tilavuuskaava on seuraavanlainen:
V 4 = 4/12*L 2 *h*ctg(45 o) = 1/3*L 2 *h.
Säännöllisten pyramidien tilavuuksien määrittäminen vaatii tietoa niiden pohjan sivusta ja hahmon korkeudesta.
Katkaistu pyramidi
Oletetaan, että otimme mielivaltaisen pyramidin ja katkaisimme osan sen sivupinnasta, joka sisältää kärjen. Jäljellä olevaa hahmoa kutsutaan katkaistuksi pyramidiksi. Se koostuu jo kahdesta n-kulmaisesta kannasta ja n:stä puolisuunnikkaasta, jotka yhdistävät ne. Jos leikkaustaso oli samansuuntainen kuvan pohjan kanssa, muodostetaan katkaistu pyramidi, jolla on samanlaiset yhdensuuntaiset kantat. Toisin sanoen toisen sivujen pituudet saadaan kertomalla toisen sivun pituudet tietyllä kertoimella k.
Yllä olevassa kuvassa on katkaistu säännöllinen, jonka yläpohjan, kuten alemmankin, muodostaa säännöllinen kuusikulmio.
Kaava, joka voidaan johtaa käyttämällä samanlaista integraalilaskua kuin edellä on:
V = 1/3*h*(A 0 + A 1 + √(A 0 * A 1)).
Missä A 0 ja A 1 ovat alemman (suuri) ja ylemmän (pienen) emäksen alueita, vastaavasti. Muuttuja h tarkoittaa katkaistun pyramidin korkeutta.
Cheopsin pyramidin tilavuus
On mielenkiintoista ratkaista ongelma sen tilavuuden määrittämisestä, jonka Egyptin suurin pyramidi sisältää sisällään.
Vuonna 1984 brittiläiset egyptologit Mark Lehner ja Jon Goodman määrittelivät Cheops-pyramidin tarkat mitat. Sen alkuperäinen korkeus oli 146,50 metriä (tällä hetkellä noin 137 metriä). Rakenteen kunkin neljän sivun keskipituus oli 230 363 metriä. Pyramidin pohja on suurella tarkkuudella neliömäinen.
Määritämme tämän kivijättiläisen tilavuuden annettujen lukujen avulla. Koska pyramidi on säännöllinen nelikulmainen, kaava pätee siihen:
Korvaamalla numerot, saamme:
V 4 = 1/3*(230.363) 2 *146.5 ≈ 2591444 m 3.
Cheops-pyramidin tilavuus on lähes 2,6 miljoonaa m3. Vertailun vuoksi huomaamme, että olympiauima-altaan tilavuus on 2,5 tuhatta m 3. Eli koko Cheops-pyramidin täyttämiseen tarvitset yli 1000 tällaista allasta!
on monitahoinen, jonka muodostaa pyramidin kanta ja sen suuntainen osa. Voimme sanoa, että katkaistu pyramidi on pyramidi, jonka yläosa on leikattu pois. Tällä kuviolla on monia ainutlaatuisia ominaisuuksia:
- Pyramidin sivupinnat ovat puolisuunnikkaan muotoisia;
- Säännöllisen katkaistun pyramidin sivureunat ovat samanpituisia ja kallistuneet alustaan nähden samassa kulmassa;
- Pohjat ovat samanlaisia polygoneja;
- Tavallisessa katkaistussa pyramidissa pinnat ovat identtisiä tasakylkisiä puolisuunnikkaita, joiden pinta-ala on yhtä suuri. Ne on myös kallistettu alustaan yhdessä kulmassa.
Katkaistun pyramidin sivupinta-alan kaava on sen sivujen pintojen summa: 
Koska katkaistun pyramidin sivut ovat puolisuunnikkaan muotoisia, parametrien laskemiseen on käytettävä kaavaa puolisuunnikkaan muotoinen alue. Tavallisessa katkaistussa pyramidissa voit soveltaa erilaista kaavaa alueen laskemiseen. Koska sen kaikki sivut, pinnat ja kulmat pohjassa ovat yhtä suuret, on mahdollista soveltaa pohjan ja apoteemin kehyksiä sekä johtaa pinta-ala pohjan kulman kautta.
Jos säännöllisen katkaistun pyramidin olosuhteiden mukaan on annettu apoteemi (sivun korkeus) ja pohjan sivujen pituudet, niin pinta-ala voidaan laskea kehäsumman puolitulon kautta. perusteet ja apoteemi:
Katsotaanpa esimerkkiä katkaistun pyramidin sivupinta-alan laskemisesta.
Annettu säännöllinen viisikulmainen pyramidi. Apothem l= 5 cm, reunan pituus suuressa pohjassa on a= 6 cm, ja reuna on pienemmässä pohjassa b= 4 cm. Laske katkaistun pyramidin pinta-ala.
Ensin etsitään pohjan kehät. Koska meille on annettu viisikulmainen pyramidi, ymmärrämme, että kannat ovat viisikulmioita. Tämä tarkoittaa, että pohjat sisältävät kuvion, jossa on viisi identtistä sivua. Etsitään suuremman pohjan kehä:
Samalla tavalla löydämme pienemmän pohjan kehän:
Nyt voimme laskea säännöllisen katkaistun pyramidin alueen. Korvaa tiedot kaavaan:
Näin ollen laskemme säännöllisen katkaistun pyramidin alueen kehän ja apoteemin läpi.
Toinen tapa laskea säännöllisen pyramidin sivupinta-ala on kaava pohjan kulmien ja juuri näiden tukien alueen läpi.
Katsotaanpa esimerkkilaskelmaa. Muistamme, että tämä kaava koskee vain tavallista katkaistua pyramidia.
Olkoon säännöllinen nelikulmainen pyramidi. Alapohjan reuna on a = 6 cm ja yläpohjan reuna b = 4 cm. Dihedraalinen kulma pohjassa on β = 60°. Etsi säännöllisen katkaistun pyramidin sivupinta-ala.
Ensin lasketaan tukien pinta-ala. Koska pyramidi on säännöllinen, kaikki kantojen reunat ovat keskenään yhtä suuret. Ottaen huomioon, että kanta on nelikulmio, ymmärrämme, että se on tarpeen laskea aukion alue. Se on leveyden ja pituuden tulo, mutta neliöitynä nämä arvot ovat samat. Etsitään suuremman pohjan pinta-ala: 
Nyt käytämme löydettyjä arvoja laskettaessa sivupinta-alaa. 
Tietäen muutaman yksinkertaisen kaavan, laskemme helposti katkaistun pyramidin sivusuunnikkaan alueen eri arvoilla.