6 bài tập Ứng dụng của mặt cầu trong thực tiễn (có lời giải)
6 câu hỏi
Một quả bóng bàn dạng một hình cầu có bán kính bằng 2 cm. Tính diện tích bề mặt của quả bóng bàn đó (lấy p» 3,14).
Vì quả bóng bàn hình cầu có bán kính R = 2cm nên diện tích bề mặt quả bón là:
\[S = 4\pi {R^2} = 4.3,{14.2^2} = 50,24\left( {c{m^2}} \right)\]
Vậy diện tích bề mặt quả bóng bàn là 50,24cm2.
Một quả pha lê hình cầu có diện tích mặt cầu bằng 144p cm2. Tính thể tích quả pha lê đó.
Vì quả pha lê hình cầu có diện tích Smặt cầu = 144p cm2 nên:
\[\begin{array}{l}S = 4\pi {R^2}\\{R^2} = \frac{S}{{4\pi }}\\{R^2} = \frac{{144\pi }}{{4\pi }}\\{R^2} = 36\\ \Rightarrow R = 6\left( {cm} \right)\end{array}\]
Vậy thể tích quả pha lê là: \(V = \frac{4}{3}\pi {R^3} = \frac{4}{3}\pi {.6^3} = 228\pi \)cm3.
Trái Đất, hành tinh chúng ta đang sống, dạng hình cầu có bán kính là 6370 km. Biết rằng 29% diện tích bề mặt Trái Đất bị bao phủ bởi nước bao gồm núi, sa mạc, cao nguyên, đồng bằng và các địa hình khác. Tính diện tích bề mặt mặt Trái Đất bị bao phủ bởi nước (Lấy p = 3,14; kết quả làm tròn đến chữ số hàng đơn vị).
Vì Trái Đất hình cầu có bán kính R = 6370 km nên diện tích bề mặt Trái Đất là:
Sbề mặt = 4pR2
= 4. 3,14. 63702
= 509.645.864 (km2)
Vậy diện tích bề mặt Trái Đất bị bao phủ bởi nước là (100% – 29%). 509.645.864 = 361.848.563 (km2)
Một hộp đựng mỹ phẩm được thiết kế (tham khảo hình vẽ) có thân hộp là hình trụ có bán kính hình tròn đáy \(r = 5cm\), chiều cao \(h = 6cm\)và nắp hộp là một nửa hình cầu. Người ta cần sơn mặt ngoài của cái hộp đó (không sơn đáy) thì diện tích \(S\)cần sơn là bao nhiêu?
Diện tích nắp hộp cần sơn là: \({S_1} = \frac{{4\pi {r^2}}}{2} = 50\pi \)\(c{m^2}\).
Diện tích than hộp cần sơn là: \({S_2} = 2\pi rh = 60\pi \)\(c{m^2}\).
Diện tích \(S\)cần sơn là: \(S = {S_1} + {S_2} = 50\pi + 60\pi = 110\pi \)\(c{m^2}\).
Cho một cái bể nước hình hộp chữ nhật có ba kích thước \[2m\], \[3m\], \[2m\] của lòng trong đựng nước của bể. Hàng ngày bạn Đạt lấy nước ra ở trong bể bởi một cái gáo hình trụ có chiều cao là \[5cm\] và bán kính đường tròn đáy là \[4cm\]. Trung bình một ngày bạn Đạt múc ra \[170\] gáo nước để sử dụng (Biết mỗi lần múc là múc đầy gáo). Hỏi sau bao nhiêu ngày thì bể hết nước biết rằng ban đầu bể đầy nước?
+ Thể tích nước được đựng đầy trong bể là \[V = 2.3.2 = 12\left( {{m^3}} \right)\].
+ Thể tích nước đựng đầy trong gáo là \[{V_g} = \pi {4^2}.5 = 80\pi \left( {c{m^3}} \right) = \frac{\pi }{{12500}}\left( {{m^3}} \right).\]
+ Mội ngày bể được múc ra \[170\] gáo nước tức là trong một ngày lượng được được lấy ra bằng.
\[{V_m} = 170.{V_g} = \frac{{17}}{{1250}}\pi \left( {{m^3}} \right)\].
+ Ta có \[\frac{V}{{{V_m}}} = \frac{{12}}{{\frac{{17}}{{1250}}\pi }} \simeq 280,8616643 \Rightarrow \] sau \[281\] ngày bể sẽ hết nước.
Một bình đựng nước dạng hình nón (không có đáy), đựng đầy nước. Người ta thả vào đó một khối cầu có đường kính bằng chiều cao của bình nước và đo được thể tích nước tràn ra ngoài là \(18\pi \,{\rm{d}}{{\rm{m}}^{\rm{3}}}\). Biết rằng hình cầu tiếp xúc với tất cả các đường sinh của hình nón và đúng một nửa của hình cầu chìm trong nước (hình bên dưới). Tính thể tích \[V\] của nước còn lại trong bình.
Đường kính của hình cầu bằng chiều cao của bình nước nên \[OS = 2OH\].
Ta có thể tích nước tràn ra ngoài là thể tích của nửa quả cầu chìm trong bình nước:
\(\begin{array}{l}18\pi = \frac{{{V_C}}}{2} = \frac{{2\pi O{H^3}}}{3}\\ \Rightarrow OH = 3.\end{array}\)
Lại có:
\(\begin{array}{l}\frac{1}{{O{H^2}}} = \frac{1}{{O{S^2}}} + \frac{1}{{O{B^2}}}\\ \Rightarrow O{B^2} = 12.\end{array}\)
Thể tích bình nước ( thể tích nước ban đầu): \({V_n} = \frac{{\pi .OS.O{B^2}}}{3} = 24\pi \) \(\left( {{\rm{d}}{{\rm{m}}^3}} \right)\).
Thể tích nước còn lại là: \(24\pi - 18\pi = 6\pi \) \(\left( {{\rm{d}}{{\rm{m}}^3}} \right)\).
