Geometrijska telesa - teorija

Geometrijska telesa - teorija

Avtor: Skupina NAUK

Prizma

Telo, ki ga omejujejo same ravne ploskve, imenujemo oglato telo ali polieder. Večkotnike, ki omejujejo polieder, imenujemo mejne ploskve. Skupek ploščin mejnih ploskev je površina telesa. Po dve mejni ploskvi se stikata v robu. Robovi telesa so daljice, njihova krajišča pa oglišča telesa.

(prizma1.png)
Primer prizme.

Prizma je oglato telo, omejeno z dvema vzporednima, skladnima si n-kotnikoma in z n-paralelogrami.
Osnovni ploskvi prizme sta vzporedna n-kotnika.
Plašč prizme sestavlja n-paralelogramov.
Osnovni robovi so stranice osnovnih ploskev.
Stranski robovi so vsi ostali robovi.
Višina prizme je razdalja med osnovnima ploskvama.

Posebni tipi prizem

Pokončna prizma je prizma, kjer so stranski robovi pravokotni na osnovno ploskev. Pri pokončnih prizmah so stranske ploskve pravokotniki. Primera:

KVADER je pokončna prizma s
pravokotnikom kot osnovno ploskvijo.
KOCKA je kvader z enako dolgimi robovi.
(kvader.png) (kocka.png)

Poševna prizma je prizma, kjer so stranske ploskve paralelogrami. Poševne prizme ločimo glede na število stranic osnovne ploskve. Poznamo tristrane, štiristrane, petstrane ...

Tristrana prizmaŠtiristrana prizmaPetstrana prizma
(3strana_prizma.png) (4strana_prizma.png) (5strana_prizma.png)

Pravilna prizma je prizma, ki je pokončna in ima za osnovni ploskvi pravilen večkotnik.

Enakorobna prizma je prizma, ki ima vse robove enako dolge (primer je kocka).

PREMISLITE

Kolikšna je višina pokončne prizme?

Odgovor

Kaj je paralelepiped?

Odgovor

Višina pokončne prizme

Višina prizme je razdalja med osnovnima ploskvama. Ker za pokončno prizmo velja, da so stranski robovi pravokotni na osnovno ploskev, je višina enaka dolžini stranskih robov.

(visina_kvadra.png)
Na sliki je kvader, poseben primer pokončne prizme. Višina je enaka dolžini stranskih robov.

Paralelepiped

Paralelepiped je prizma, ki ima za osnovno ploskev paralelogram.

Površina pokončne prizme

Površina oglatih teles je vsota ploščin vseh sestavnih delov telesa. Zato je površina pokončne prizme vsota ploščin dveh osnovnih ploskev in ploščine plašča:

Ploščina osnovne ploskve je za vsako prizmo različna, ploščina plašča pa je enaka obsegu osnovne ploskve, pomnoženem z višino prizme:

Posebna primera:

POVRŠINA KVADRAPOVRŠINA KOCKE

Mreža kvadra:

(mreza_kvader.png)

Mreža kocke:

(mreza_kocke.png)





PREMISLITE

Kaj je telesna diagonala kvadra?

Odgovor

 

Poglejte si interaktivno mrežo prizme

Prikaži Prenesi

Aplikacija GeoGebra se ni mogla zagnati. Prosim preverite, ali imate v brskalniku namescen program Java 1.4.2 (ali novejsi) (Kliknite tu za namestitev Jave)

Telesna diagonala kvadra

Telesna diagonala povezuje nasprotni oglišči kvadra:

(telesna_diagonala_kvadra.png)

Izračunamo jo lahko s pomočjo Pitagorovega izreka, saj robovi kvadra , in z diagonalama in tvorijo dva pravokotna trikotnika.




.
(telesna_diagonala_kvadra1.png)
Trikotnika ABC in ACG sta pravokotna.

Zgledi

1. Telesna diagonala kocke meri . Koliko meri površina kocke?
Rešitev

Telesno diagonalo kocke lahko izračunamo s pomočjo telesne diagonale kvadra, le da so pri kocki vsi robovi enaki. Ker je telesna diagonala kvadra enaka , je telesna diagonala kocke . Sedaj lahko izračunamo osnovni rob kocke, , iz tega pa površino kocke.



Površina kocke:


.

2. Koliko meri površina pokončne prizme s ploščino osnovne ploskve , obsegom osnovne ploskve in višino ?
Rešitev

Površina katerekoli pokončne prizme se izračuna z obrazcem oziroma . Dane podatke vstavimo v enačbo in dobimo
.

3. Janova soba s površino ima dolžino, širino in višino v razmerju . Kakšne so dimenzije Janove sobe?
Rešitev

Ker gre za razmerje med dolžino, širino in višino, lahko zapišemo:



Iz obrazca za površino izračunamo:





Površina je znana, zato jo vstavimo v zgornjo enačbo in dobimo:



Ker pa dimenzije sobe ne morejo biti negativne, je pravilen rezultat .
Dolžina Janove sobe je , širina in višina .

Prostornina pokončne prizme

Prostornina ali volumen pokončne prizme se izračuna z obrazcem

kjer je ploščina osnovne ploskve, pa višina prizme.

Zato je prostornina kvadra z robovi , in enaka zmnožku vseh treh robov:

Ker je kocka kvader z enako dolgimi robovi, je prostornina kocke z robom enaka

Ustrezna enota je kubični meter(), kubični decimeter( ali ), kubični centimeter()...

Prizma, ki je podobna prvotni, ima površino enako in volumen enak .

PREMISLITE

Kako bi izračunali prostornino telesa nepravilne oblike?

Odgovor

Prostornina telesa nepravilne oblike

Vsako telo lahko razrežemo na enotske kocke z robom , , ... Najprej preštejemo kocke z največjim robom, potem kocke z desetkrat manjšim robom in postopek ponovimo, dokler ne preštejemo vseh kock telesa. Seštevek vseh kock je prostornina telesa. Prostornino telesa lahko izmerimo tudi tako, da telo potopimo v polno vedro vode in izmerimo, koliko vode je pri tem steklo ven.

Zgledi

1. Koliko meri prostornina pokončne tristrane prizme s stranicami trikotnika , , in višino ?
Rešitev

Prostornino prizme izračunamo z obrazcem , kjer je ploščina osnovne ploskve, pa višina prizme. Ploščina trikotnika, če poznamo vse tri stranice, je , kjer je .
.
.

2. V posodicah v obliki kvadra je črnilo. Koliko posodic lahko napolnijo z črnila, če so posodice dimenzij x x ?
Rešitev

Izračunati je potrebno najprej prostornino ene posodice:

, zato lahko napolnijo posodic.

Valj

Valj je geometrijsko telo, ki ima za osnovni ploskvi dva skladna in vzporedna kroga, plašč pa je zvit v obliko sklenjene valjaste plošče, ki je raztegnjen v ravnini enak pravokotniku.

(valj1.png)
Valj

Osnovni ploskvi valja sta kroga s ploščino .
Plašč valja je pravokotnik s stranicama in .
Os valja je premica, ki gre skozi središče obeh osnovnih ploskev.
Polmer valja je polmer osnovne ploskve.
Višina valja je razdalja med osnovnima ploskvama.

PREMISLITE

Kakšen je poševni valj?

Odgovor

Poševni valj

Pri poševnem valju stranica ni pravokotna na ravnino osnovne ploskve in zato dolžina stranice ni enaka dolžini višine valja.

(posevni_valj.png)
Poševni valj

Osni preseki valja

Če valj presekamo z ravnino, ki gre skozi os valja, dobimo osni presek.

Pokončni valjPoševni valjEnakostranični valj
(valj_osni_presek.png) (valj_osni_presek1.png) (valj_osni_presek2.png)
Osni presek je pravokotnik
s stranicama in .
Osni presek je paralelogram.Osni presek je kvadrat s stranico .

PREMISLITE

Kaj je enakostranični valj?

Odgovor

Enakostranični valj

Enakostranični valj je valj, ki ima višino enako premeru osnovne ploskve, .

Površina in prostornina valja

(mreza_valja.png)
Mreža valja

Površina valja je seštevek ploščin osnovnih ploskev in plašča:

Ploščina osnovne ploskve valja je ploščina kroga, plašč pa je pravokotnik s stranicama - obseg kroga in - višina kroga. Zato je površina valja:

Prostornina valja je produkt ploščine osnovne ploskve in višine:

 

Poglejte si interaktivno mrežo valja

Prikaži Prenesi

Aplikacija GeoGebra se ni mogla zagnati. Prosim preverite, ali imate v brskalniku namescen program Java 1.4.2 (ali novejsi) (Kliknite tu za namestitev Jave)

Izsek valja

(izsek_valja.png)
Izsek valja

Na obeh osnovnih ploskvah valja vzamemo krožni izsek s središčnim kotom in mejne točke povežemo med seboj. Dobimo krožni izsek valja, prostornina tega izseka pa je odvisna od kota. Če je kot podan v stopinjah, je prostornina:

Če je kot podan v radianih, pa je prostornina:

Zgledi

1. Koliko merita površina in volumen valja z višino in polmerom ?
Rešitev






2. Koliko pločevine je potrebno za izdelavo valjastega rezervoarja, ki ima višino in prostornino , njegov osni presek pa je kvadrat?
Rešitev

Ker je osni presek valja kvadrat, je valj enakostraničen. Prostornina enakostraničnega valja pa je . Iz znanih podatkov izračunamo polmer.



Površina enakostraničnega valja je . Ker poznamo polmer, jo lahko izračunamo.

.
Za izdelavo valjastega rezervoarja je potrebno pločevine.

Piramida

Piramida je geometrijsko telo, ki ima eno osnovno ploskev in stranske ploskve, ki se stikajo v skupnem vrhu.

(piramida1.png)
Primer piramide.

Osnovna ploskev piramide je večkotnik z oglišči.
Plašč piramide je sestavljen iz trikotnikov.
Osnovni robovi piramide so stranice večkotnika.
Višina piramide je razdalja od vrha piramide do osnovne ploskve piramide.

PREMISLITE

Kaj je n-strana piramida?

Odgovor

n-strana piramida

Če ima osnovna ploskev piramide oglišč oziroma je osnovna ploskev -kotnik, pravimo, da je piramida -strana. Primer: če je osnovna ploskev piramide trikotnik, je piramida 3-strana.

Vrste piramid

Pokončna piramida je piramida, ki ima vse stranske robove enako dolge.

Pravilna piramida je piramida, ki je pokončna in ima za osnovno ploskev pravilen n-kotnik. Potem so stranske ploskve med seboj enaki enakokraki trikotniki.

Tetraeder je pravilna tristrana piramida, ki ima vse robove enako dolge, zato površino tetraedra sestavljajo 4 enakostranični trikotniki:

(tetraeder.png)

Oktaeder je telo, ki ga sestavljata dve, skupaj sestavljeni 4-strani piramidi, ki imata vse robove enako dolge. Površino oktaedra sestavlja 8 trikotnikov:

(oktaeder.png)

Površina in prostornina piramide

Za pokončno piramido velja, da je njena površina enaka ploščini osnovne ploskve in površini plašča,

Za poljubno piramido velja, da je njena prostornina enaka tretjini prostornine prizme,

PREMISLITE

Izpeljite obrazec za površino tetraedra.

Odgovor

Izpeljite obrazec za prostornino tetraedra.

Odgovor

 

Poglejte si interaktivno mrežo piramide

Prikaži Prenesi

Aplikacija GeoGebra se ni mogla zagnati. Prosim preverite, ali imate v brskalniku namescen program Java 1.4.2 (ali novejsi) (Kliknite tu za namestitev Jave)

Površina tetraedra

Ker je tetraeder pravilna tristrana piramida, je površina sestavljena iz štirih enakih enakostraničnih trikotnikov. Zato lahko zapišemo, da je površina tetraedra . Ploščina enakostraničnega trikotnika s stranico je , zato je površina tetraedra

Prostornina tetraedra

Za vsako piramido velja . Ker je ploščina osnovne ploskve tetraedra enaka , zapišemo . Potrebno je izračunati še višino enakostraničnega trikotnika. Najlažje jo izračunamo, če si skiciramo notranji trikotnik piramide:

(prostornina_tetraedra.png)

Polmer trikotniku očrtanega kroga je enak , v našem primeru . Po Pitagori velja





Izračunali smo višino enakostraničnega trikotnika, zato jo lahko vstavimo v zgornji obrazec:

Zgledi

1. Osnovni rob pravilne 4-strane piramide meri , višina piramide pa . Koliko meri ploščina osnovne ploskve in površina piramide?
Rešitev

Ploščina osnovne ploskve je ploščina kvadrata. Ploščina kvadrata s stranico je . Za površino piramide, ki se izračuna po obrazcu pa potrebujemo še ploščino plašča. Plašč je sestavljen iz štirih enakokrakih trikotnikov. Iz podane višine piramide lahko izračunamo višino trikotnika, ki jo potrebujemo za izračun ploščine trikotnika. Lažje si predstavljamo, če piramido skiciramo:

(zgled_piramida.png)

S pomočjo Pitagorovega izreka izračunamo :




Površina pravilne 4-strane piramide je:



.

2. Koliko meri prostornina piramide z višino in s ploščino osnovne ploskve ?
Rešitev

Prostornina piramide se izračuna z obrazcem . Podano imamo tako ploščino osnovne ploskve kot tudi višino, zato je enostavno izračunati prostornino, paziti moramo le na enote. Zato pretvorimo decimetre v centimetre.
. Sedaj lahko izračunamo prostornino piramide:
.

Stožec

(stozec1.png)
Stožec

Stožec je geometrijsko telo z osnovno ploskvijo krogom in vrhom .

Osnovna ploskev stožca je krog.
Polmer stožca je polmer osnovne ploskve.
Stranice stožca so daljice od roba osnovne ploskve do vrha stožca.
Plašč stožca sestavljajo vse stranice stožca.
Višina stožca je razdalja med osnovno ploskvijo in vrhom stožca.

Osni presek stožca

Osni presek stožca je enakokraki trikotnik s stranicami in :

(osni_presek_stozca.png)

Stožec je enakostraničen, če je njegov osni presek enakostranični trikotnik. Velja .

Površina in prostornina stožca

(mreza_stozca.png)
Mreža stožca

Površina stožca je sestavljena iz ploščine osnovne ploskve in površine plašča. Osnovna ploskev je krog, zato je njegova ploščina enaka , plašč pa je krožni izsek s polmerom . Površina plašča je zato ploščina krožnega izseka. Če se spomnimo, je obrazec za ploščino krožnega izseka , kjer je dolžina krožnega loka, pa polmer kroga. Ploščina krožnega izseka oziroma površina plašča stožca je zato .

Ker je piramida stožec z osnovno ploskvijo večkotnikom, je prostornina stožca enaka prostornini piramide,

kjer je ploščina osnovne ploskve in višina stožca. Zato velja:

PREMISLITE

Izpeljite obrazec za površino enakostraničnega stožca.

Odgovor

Površina enakostraničnega stožca

Za enakostranični stožec velja, da je stranica enaka premeru osnovne ploskve stožca oziroma . Zato namesto stranice uporabimo to enakost in dobimo


.

Zgledi

1. Koliko meri kot med stranico in osnovno ploskvijo stožca, če meri polmer osnovne ploskve in stranica ?
Rešitev

Najlažje si predstavljamo, če narišemo skico:

(zgled_stozec.png)

Kot med stranico in osnovno ploskvijo stožca lahko izračunamo z uporabo kotne funkcije kosinus.


.

2. Koliko merita površina in prostornina stožca s polmerom osnovne ploskve in stranico ? Rezultat naj bo točen.
Rešitev

Ker je zahtevan točen rezultat, bomo v rezultatu pustili . Površina stožca:



Prostornina stožca:

S Pitagorovim izrekom izračunamo:





Krogla

(krogla1.png)
Krogla

Krogla je geometrijsko telo, ki jo sestavlja množica vseh točk v prostoru, ki so od točke oddaljene največ za .

R je polmer krogle.
S je središče krogle.
Sfera ali krogelna lupina je množica vseh točk, za oddaljenih od središča krogle.
Notranjost krogle je množica vseh točk, za manj kot oddaljenih od središča krogle.
Glavni krogelni krog je presek krogle in ravnine, ki poteka skozi središče krogle, je krog s središčem in polmerom krogle.

PREMISLITE

V čem je krogla enaka Zemlji?

Odgovor

Podobnost krogle in Zemlje

Tako kot Zemlja ima tudi krogla severni in južni pol. Poldnevniki povezujejo točke z isto zemljepisno dolžino, vzporedniki pa z isto zemljepisno širino. Vsaka točka na sferi ima natanko določeno zemljepisno širino in dolžino. Ekvator je glavni krogelni krog.

Površina in prostornina krogle

Površina krogle je enaka površini plašča enakostraničnega valja. Ker je površina plašča pri enakostraničnem valju enaka , višina pa je enaka premeru kroga, je površina plašča enakostraničnega valja . Površina krogle s polmerom se izračuna z obrazcem

Prostornina krogle je enaka dvema tretjinama prostornine enakostraničnega valja. Ker je prostornina enakostraničnega valja enaka , višina enakostraničnega valja pa je enaka premeru kroga, je prostornina enakostraničnega valja . Prostornina krogle s polmerom se izračuna z obrazcem

Zgledi

1. Če krogli povečamo polmer za %, za koliko odstotkov se poveča površina?
Rešitev

Novi polmer je , saj je za % večji od prvotnega. Zato v obrazec za površino vstavimo novi polmer:


Že tu lahko vidimo, da je nova površina pomnožena z , zato je večja za % od prvotne.

2. Razdalja središč krogel, ki se dotikata od zunaj, je . Skupna površina krogel je . Koliko merita polmera obeh krogel?
Rešitev

Iz podatkov lahko ugotovimo:


Ker je vsota polmerov krogel , velja .






ali .
Dobili smo dve rešitvi za drugi polmer. Ker je skupen polmer , je en polmer , drug pa .

3. Koliko meri skupen volumen krogel iz prejšnje naloge?
Rešitev





.
0%
0%