Objem a povrch

Objem tělesa vyjadřuje kolik místa v prostoru těleso zaujímá. Můžeme si jej představit jako množství vody, které bychom potřebovali, kdybychom chtěli těleso „napustit“. Pro vyjádření objemu využíváme jednotky objemu.

Povrch tělesa je součet obsahů všech ploch, které těleso ohraničují. Můžeme si jej představit jako velikost barevného papíru, který potřebujeme na „polepení“ tělesa. Pro vyjádření povrchu využíváme jednotky obsahu.

Značení ve vzorcích

Vzorce

Povrch kvádru s délkami hran a,b,c spočítáme jako součet obsahů všech jeho stěn. Tedy: S=2 (a\cdot b + a\cdot c + b \cdot c)

Povrch krychle s délkou hrany podstavy a spočítáme stejným způsobem, jako objem kvádru s a=b=c, tedy šestkrát obsah jedné čtvercové stěny krychle: S = 6\cdot a\cdot a = 6a^2

Povrch hranolu, který má podstavu o obsahu S_p plášť o obsahu S_{pl}, spočítáme jako S=2S_p + S_{pl}. Plášť hranolu je tvořen všemi jeho stěnami kromě dvou podstav.

Povrch pravidelného n‑bokého hranolu, který má dvě podstavy ve tvaru pravidelných n‑úhelníků a potom n stejných obdélníkových stěn (obsah jedné označme S_1), spočítáme takto: S=2S_p + n\cdot S_1

Povrch jehlanu spočítáme jako součet obsahu jeho podstavy S_p a obsahu jeho pláště S_{pl}. Obsah pláště spočítáme jako součet obsahů stěn jehlanu, které tvoří plášť (tj. všechny stěny jehlanu kromě jeho podstavy).

Povrch pravidelného n‑bokého jehlanu, který má podstavu ve tvaru pravidelného n‑úhelníka a potom n stejných trojúhelníkových stěn (obsah jedné označme S_1), spočítáme takto: S= S_p + n\cdot S_1

Povrch „hranatých“ těles je prostě součet obsahů jednotlivých stran.

Hranol má dvě stejné podstavy a plášť, povrch je tedy S=2\cdot S_p+S_{pl}. Jehlan má jednu podstavu a plášť, povrch je tedy S=S_p+S_{pl}.

Stěny kvádru jsou obdélníky, přičemž vždy dvě jsou stejně velké. Povrch tedy vypočítáme jako S = 2(ab+ac+bc).

Krychle má šest stěn a všechny jsou tvořeny stejným čtvercem. Povrch je S=6a^2.

Povrch válce s poloměrem podstavy r a výškou v spočítáme jako: S = 2\pi r \cdot(r + v)

Platí S=2S_p + S_{pl}, kde S_p je obsah podstavy válce a S_{pl} obsah pláště válce. Podstava válce má tvar kruhu s poloměrem r a plášť válce je obdélník o stranách v a 2\pi r. Celkem máme:

• Obsah podstavy: S_p = \pi \cdot r^2
• Obsah pláště: S_{pl}=2\pi r \cdot v
• Povrch válce: S=2\pi r \cdot (r + v)

Může se stát, že známe poloměr r podstavy kužele a jeho výšku v, ale nemáme zadanou jeho stranu s. Potom si stranu můžeme dopočítat jako přeponu pravoúhlého trojúhelníka s odvěsnami o délkách v a r. Platí: s=\sqrt{v^2+r^2}

• Obsah podstavy kužele: \pi r^2
• Obsah pláště kužele: \frac{1}{2} \cdot 2 \pi r \cdot s = \pi r s

Povrch koule s poloměrem r spočítáme takto: S=4 \pi \cdot r^2

Povrch „kulatých“ těles vypočítáme za využití konstanty \pi \approx 3{,}14159265. Ve vzorcích označuje r poloměr (koule či podstavy), v výšku válce, s stranu kužele.

• Povrch koule je S = 4\pi r^2.
• Povrch válce se skládá z podstavy (dvakrát) a pláště: S = 2\cdot \pi r^2 + 2\pi r v = 2\pi r (r+v).
• Povrch kužele se skládá z podstavy a pláště: S = \pi r^2 + \pi rs= \pi r(r+s).

Objem kvádru s délkami hran a,b,c je: V=a\cdot b\cdot c

Objem krychle s délkou hrany podstavy a spočítáme stejným způsobem, jako objem kvádru s a=b=c, tedy: V=a\cdot a\cdot a=a^3

Objem hranolu, který má podstavu o obsahu S_p a výšku v, spočítáme jako V=S_p \cdot v.

Objem jehlanu, který má podstavu o obsahu S_p a výšku v, spočítáme jako V=\frac{1}{3} S_p \cdot v.

Oproti hranolu se stejnou výškou a tvarem podstavy má jehlan třikrát menší objem.

Vzorce pro objem „hranatých“ těles vychází z obsahu podstavy a výšky tělesa.

Objem libovolného hranolu je součin obsahu podstavy a výšky: V=S_p\cdot v.

Kvádr a krychle jsou speciální případy hranolu, jejich podstava je obdélník (čtverec) a výška je zbývající hrana. Objem kvádru je tedy součin délek jeho hran: V = abc. Objem krychle vypočítáme stejným způsobem. Protože v krychli jsou všechny hrany stejně dlouhé, výraz se zjednoduší na V = a^3.

Objem jehlanu je jedna třetina součinu obsahu podstavy a výšky, tj. V=\frac{1}{3}S_p\cdot v. Pro pravidelný čtyřboký jehlan pak tedy V=\frac{1}{3} a^2v.

Příklady:

• Krychle o hraně 4 m má objem V = 4^3 = 64 m³.
• Kvádr s hranami 3, 6 a 10 cm má objem V = 3\cdot 6 \cdot 10 = 180 cm³.
• Pravidelný čtyřboký jehlan s podstavou hrany 6 cm a výškou 4 cm má objem V=\frac{1}{3} 6^2 \cdot 4 = 48 cm³.

Objem válce s poloměrem podstavy r a výškou v spočítáme jako: V=\pi \cdot r^2 \cdot v

Platí V=S_p \cdot v, kde S_p je obsah podstavy válce. Podstava válce má tvar kruhu s poloměrem r, takže máme: S_p = \pi \cdot r^2

Objem kužele s poloměrem podstavy r a výškou v spočítáme jako: V=\frac{1}{3} \pi \cdot r^2 \cdot v

Pro kužel platí V=\frac{1}{3} S_p \cdot v, kde S_p je obsah podstavy válce. Podstava válce má tvar kruhu s poloměrem r, takže máme: S_p = \pi \cdot r^2

Oproti válci se stejnou výškou a poloměrem podstavy má kužel třikrát menší objem.

Objem koule s poloměrem r spočítáme takto: V=\frac{4}{3} \pi \cdot r^3

Objem „kulatých“ těles vypočítáme za využití konstanty \pi \approx 3{,}14159265. Ve vzorcích označuje r poloměr (koule či podstavy) a v výšku válce.

• Objem koule je V = \frac43 \pi r^3.
• Objem válce je obsah (kruhové) podstavy vynásobený výškou, tedy V = S_p \cdot v = \pi r^2 v.
• Objem kužele je jedna třetina obsahu podstavy vynásobeného výškou, tedy V = \frac13 S_p \cdot v = \frac13 \pi r^2 v.