体积计算器

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体积计算器

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体积是最重要的几何特征之一:与图形的周长和面积一样。 但它只能应用于三维物体,三维物体不仅具有长度和宽度,还具有高度/厚度。

球体、立方体、圆柱体、金字塔、圆锥体、平行六面体 - 所有这些都是三维图形,其计算是根据特殊公式进行的,其中许多公式是我们这个时代之前的科学家发现的。

历史背景

古埃及和巴比伦

使用三维图形的第一个证据是指古埃及,或者更确切地说,是指它的建筑和建筑。 因此,如果不了解确定质量和体积的基本原理,就无法建造雄伟的金字塔结构。 这意味着古埃及人至少可以计算立方体、棱柱和金字塔的体积。

一个生动的例子是法老基奥普斯的陵墓,高147米,具有理想的金字塔几何形状。 它不可能由一砖一瓦拼凑而成,能屹立4500多年,这需要高精度的数学和工程计算。

没有文献证据表明古埃及人和巴比伦人使用特定的公式来计算体积,也许它们仅以图形和口头形式使用 - 遵循单独的原则,没有明确制定的规则。

从古巴比伦开始,只有粘土板流传下来,描述了计算截断(不完整)金字塔的规则,但它们不足以建造如此规模的物体。 众所周知,许多古代文明通过底面积乘以高度来计算基本图形的体积,但这不适用于圆锥体、金字塔、四面体等物体。 尽管它们经常出现在古代建筑中并且具有明确的比例。

古希腊

从公元前 5 世纪到公元前 2 世纪,古希腊对求体积的原则有了更清晰的阐述。 欧几里得引入了立方体的概念,它同时意味着同名图形的体积和数字的三次方。 公元前5世纪的德谟克利特首次提出了求金字塔体积的规则,根据他的研究,金字塔的体积始终等于相同高度、相同面积的棱柱体积的1/3。根据。

在公元前六世纪到公元前二世纪期间,古希腊数学家还学会了使用已经发现的数字“pi”来计算棱柱、圆柱和圆锥的体积,这是计算所有圆形数字所必需的。 阿基米德的研究奠定了微积分积分法的基础,他认为自己的主要发现是一个公式,根据该公式,球的体积始终小于其周围圆柱体的体积的 2/3。 除了阿基米德之外,德谟克利特和尼多斯的欧多克索斯也对几何学的研究做出了巨大的贡献。

新时间

在古代,计算三维图形的所有基本公式都是推导出来的,而中世纪在这一领域并没有给出任何根本性的新发现——除了印度研究人员(主要是婆罗门笈多),他们创造了几种几何图形6-7世纪的规则,增加了一个新的值——半周长。 一种全新的方法仅在现代 - 十六至十七世纪才被应用。

意大利科学家博纳文图拉·卡瓦列里(Bonaventura Cavalieri)在1635年的著作《几何学》(Geometria indivisibilibus continuorum novaquadam Ratione promota)中提出了求金字塔体积的新原理,为数学和物理学的进一步发展奠定了基础未来300年。 原理是,如果两个物体在与某个给定平面平行的任意平面相交时,横截面积相等,则这些物体的体积也相等。

值得注意的是,直到 19 世纪,三维物体的体积还没有确切的定义,直到 1887 年由 Giuseppe Peano 和 1892 年由 Marie Enmond Camille Jordan 才提出。 根据国际单位制,立方米成为体积的主要测量单位,所有其他单位(盎司、英尺、桶、蒲式耳)仍然作为替代单位。

随着抽象主义的发展,3D 几何在 20 世纪引起了特别的兴趣。 1966 年,摄影师查尔斯·F·科克伦 (Charles F. Cochran) 创作了他著名的由内而外的立方体“疯狂盒子”照片,此后立方体雪花、漂浮、重复、两层立方体等进入了不可能的 3D 形状列表。 如果不使用普遍接受的计算体积的公式,现代 3D 艺术也是不可能的,尽管这些公式是由计算机计算的,但它是在许多世纪前创建的。

如何找到体积(体积公式)

如何找到体积(体积公式)

如果将一列中的多个数字相加即可计算周长,则可能需要工程计算器或特殊的在线应用程序来确定体积。 这适用于所有基本的三维图形:立方体、棱柱、球、平行六面体、圆锥体、圆柱体、四面体和金字塔。

立方体

由于立方体的所有面都具有相同的长度且所有角度均为 90 度,因此该图形的体积计算是基本的。 对他来说,使用一个未知数的公式就足够了:

  • V = a3。

因此,V是立方体的体积,a是其面的长度。 体积单位是标准的:米、分米、厘米、毫米等。

棱镜

该几何图形是一个多面体,其两条边形状和面积相同,且在平行平面内。 它们之间是严格垂直于底边的矩形。 后者可以具有任何多面体形状:三角形、五边形、六边形。 在任何情况下确定体积的公式看起来都是一样的:

  • V = Sₒ ⋅ h。

式中,h为棱柱的高度,Sₒ为其底面积。 后者是根据该特定图形对应的公式计算的,无论是三角形、菱形、梯形。

平行六面体

这个图形是棱柱的变体之一,但如果后者的面严格垂直于底面,那么第一个棱柱可以有斜面 - 角度不是 90 度。 然而,计算盒子体积的公式看起来是一样的:

  • V = Sₒ ⋅ h。

高度h是从上底角垂直向下引出的,斜边与下底角不重合。 如果盒子是矩形,则体积计算为边的乘积:

  • V = a ⋅ b ⋅ h。

因此,a和b是底边的长度,h是盒子的高度。 在这种情况下,高度与任何侧边完全重合。

金字塔

较难计算的图形,由多边形底面和三角形面组成,三角形面的数量等于底面的边数。 如果是三角形则有3个面,如果是正方形则有4个,如果是六边形则有6个。所有侧面都有公共顶点,体积使用通用公式计算:

  • V = (1/3) ⋅ Sₒ ⋅ h。

如前面的公式一样,Sₒ是底面积,h是图形的高度。 改变底座时,表达式不会改变,并且对于所有类型的金字塔都是相同的。

正四面体

该图形的边上的所有二面角都相等,并且面是等边三角形,包括底边。 因此,正四面体可以称为具有四个相同边的三棱锥。 其体积由以下公式计算:

  • V = (a3 ⋅ √2) / 12。

表达式中只有一个未知数——a,对应正四面体的边长。 其中的所有边都相同,因此只需求立方,然后乘以根并除以 12。

气缸

这个几何图形由两个直径相同且相互平行的圆形底座组成。 它们通过垂直于底座的一个连续侧表面互连。 后者可以用圆形和椭圆形表示。 无论如何,计算体积的公式看起来都是一样的:

  • V = π ⋅ R² ⋅ h。
  • V = Sₒ ⋅ h。

在这些方程中,Sₒ是圆柱体底面的面积,h是圆柱体的高度,R是底面的半径。 第一个公式仅适用于具有完美圆形底座的圆柱体,第二个公式适用于所有圆柱体,包括卵形和椭圆形。

锥体

另一种常见的 3D 形状是圆锥体,具有圆形底部和尖锐的顶点。 要计算其体积,您可以使用两个数学公式之一:

  • V = (1/3) ⋅ π ⋅ R² ⋅ h。
  • V = (1/3) ⋅ Sₒ ⋅ h。

第一个仅适用于圆形底座的圆锥体,第二个是通用的,可用于计算椭圆形和椭圆形底座的图形。 公式中的符号是标准的:Sₒ是底面积,R是底半径,h是圆锥体的高度。

最后,要计算球体的体积,只需要常数 π(等于 3.14...)和它的半径:

  • V = (4/3) ⋅ π ⋅ R³。

因此,R是球的半径,足以确定该图形的体积。

为了不浪费时间和困惑于复杂的计算,您可以使用带有根和度的按钮式(或软件)工程计算器,或带有空白字段的特殊在线计算器来输入三维图形的特征.