圆柱体计算器

圆柱体计算器

什么是圆柱体计算器?

圆柱体计算器一次求出直圆柱体的全部基本尺寸。输入两个数值——圆形底面的半径(或直径)和高度——它就会返回体积、总表面积、侧面积、一个底面的面积以及空间对角线。你不必为体积打开一个页面、再为表面积打开另一个页面,只需把形状输入一次,就能一起读到五个答案。

直圆柱体是把一个圆沿直线向上平移得到的立体。两端是位于平行平面内的全等圆,连接两个圆心的轴与它们都成直角。罐头、管道、水箱、滚筒、硬币和柱子都以这种形状为基础,因此同样的几个公式会出现在包装、管道工程、机械加工和学校几何中。

圆柱体的各个部分

计算器显示的每一项结果都描述立体的不同部分。

底面积 — 一个圆形端面的面积,也就是圆柱体所立的那个平圆盘。

侧面积 — 只算弯曲的侧面。把它展开就成为一个矩形,宽等于底面周长,高等于圆柱体的高。

总表面积 — 弯曲侧面加上两个圆形端面,也就是需要涂刷或包裹的全部面。

体积 — 内部封闭的空间,也就是水箱或罐头实际能装下的量。

空间对角线 — 能放进圆柱体内部的最长直线段,从一个底面边缘上的一点连到另一个底面边缘上的对侧点。

计算器如何工作?

先选择你要输入半径还是直径,填入该尺寸,再填入高度。每个输入框都有自己的单位菜单,因此毫米、厘米、米、千米、英寸、英尺和码可以自由混用:用英寸输入半径、用厘米输入高度,与任何其他一致的组合得到相同的物理结果。

每一项结果也都有自己的单位菜单。体积可以显示为立方毫米、立方厘米、立方米、立方英寸、立方英尺、立方码、升或加仑 (US);三个面积可以从平方毫米到平方码;空间对角线可用任意长度单位显示。切换输出单位会换算屏幕上已有的数值,无需重新输入。

半径必须大于零。高度为零是允许的,此时立体塌缩成两个平圆盘,这是一项有用的检验:侧面积降为零,总表面积变为底面积的两倍。输入负值会清空结果,因为没有哪个圆柱体的尺寸是负数。

圆柱体公式

用 rrr 表示底面半径,ddd 表示底面直径,hhh 表示高度。若给出的是直径,先把它折半:

r=d2r = \frac{d}{2}r=2d​

底面是圆,所以它的面积为

B=πr2B = \pi r^2B=πr2

弯曲侧面展开成宽 2πr2 \pi r2πr、高 hhh 的矩形,由此得到侧面积:

L=2πrhL = 2 \pi r hL=2πrh

把两个圆形端面加到弯曲侧面上,就得到总表面积:

A=2B+L=2πr2+2πrh=2πr(r+h)A = 2B + L = 2 \pi r^2 + 2 \pi r h = 2 \pi r (r + h)A=2B+L=2πr2+2πrh=2πr(r+h)

体积是底面积沿整个高度延伸而成:

V=Bh=πr2hV = B h = \pi r^2 hV=Bh=πr2h

空间对角线横跨一个底面的直径和整个高度,因此对直角边为 2r2r2r 和 hhh 的直角三角形应用勾股定理,可得

D=(2r)2+h2=4r2+h2D = \sqrt{(2r)^2 + h^2} = \sqrt{4 r^2 + h^2}D=(2r)2+h2​=4r2+h2​

计算示例 1:半径 5 厘米,高 10 厘米

一个半径 5 厘米、高 10 厘米的罐头。

底面积:B=π⋅52=78.54 cm2B = \pi \cdot 5^2 = 78.54 \text{ cm}^2B=π⋅52=78.54 cm2

侧面积:L=2π⋅5⋅10=314.16 cm2L = 2 \pi \cdot 5 \cdot 10 = 314.16 \text{ cm}^2L=2π⋅5⋅10=314.16 cm2

总表面积:A=2π⋅5⋅(5+10)=471.24 cm2A = 2 \pi \cdot 5 \cdot (5 + 10) = 471.24 \text{ cm}^2A=2π⋅5⋅(5+10)=471.24 cm2

体积:V=π⋅52⋅10=785.40 cm3V = \pi \cdot 5^2 \cdot 10 = 785.40 \text{ cm}^3V=π⋅52⋅10=785.40 cm3,即 0.7854 升

空间对角线:D=4⋅52+102=200=14.14 cmD = \sqrt{4 \cdot 5^2 + 10^2} = \sqrt{200} = 14.14 \text{ cm}D=4⋅52+102​=200​=14.14 cm

检验式 A=2B+LA = 2B + LA=2B+L 成立:2⋅78.54+314.16=471.24 cm22 \cdot 78.54 + 314.16 = 471.24 \text{ cm}^22⋅78.54+314.16=471.24 cm2。

计算示例 2:直径 8 厘米,高 12 厘米

一根从横向而非从中心量出的管子,因此 8 厘米的直径变成 4 厘米的半径。

底面积:B=π⋅42=50.27 cm2B = \pi \cdot 4^2 = 50.27 \text{ cm}^2B=π⋅42=50.27 cm2

侧面积:L=2π⋅4⋅12=301.59 cm2L = 2 \pi \cdot 4 \cdot 12 = 301.59 \text{ cm}^2L=2π⋅4⋅12=301.59 cm2

总表面积:A=2π⋅4⋅(4+12)=402.12 cm2A = 2 \pi \cdot 4 \cdot (4 + 12) = 402.12 \text{ cm}^2A=2π⋅4⋅(4+12)=402.12 cm2

体积:V=π⋅42⋅12=603.19 cm3V = \pi \cdot 4^2 \cdot 12 = 603.19 \text{ cm}^3V=π⋅42⋅12=603.19 cm3,即 0.6032 升

空间对角线:D=4⋅42+122=208=14.42 cmD = \sqrt{4 \cdot 4^2 + 12^2} = \sqrt{208} = 14.42 \text{ cm}D=4⋅42+122​=208​=14.42 cm

先把直径折半是唯一多出来的一步,其后的公式全都不变。

实用提示

把半径加倍会使体积变为四倍,而把高度加倍只让体积翻一番。因此用同样多的金属制成时,又宽又矮的罐子装得比又细又高的多得多,这正是饮料罐形状的由来。

标签和包装需要的是侧面积,而不是总表面积。覆盖罐子整个高度的标签是一个宽为 2πr2 \pi r2πr 的矩形,所以印出来的纸比多数人预想的要长。

对于液体,可直接在单位菜单中把体积读作升或加仑 (US)。1 升正好是 1000 立方厘米,所以一个 785.40 立方厘米的罐子装的略少于 0.79 升。

空间对角线告诉你圆柱形容器里能放下的最长杆件,同时也是这样大小的刚性物体可以平放进去的最短包装长度。

如果你只需要一个数值,圆柱体体积计算器还能处理空心圆柱体,而圆柱体表面积计算器只关注外皮。

真实容器有壁厚。想知道容量就量内半径,想知道用料就量外半径,因为这两个答案的差别比管壁看上去的更大。

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