體積計算器

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體積計算器

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體積是最重要的幾何特徵之一:與圖形的周長和麵積一樣。 但它只能應用於三維物體,三維物體不僅具有長度和寬度,還具有高度/厚度。

球體、立方體、圓柱體、金字塔、圓錐體、平行六面體 - 所有這些都是三維圖形,其計算是根據特殊公式進行的,其中許多公式是我們這個時代之前的科學家發現的。

歷史背景

古埃及和巴比倫

使用三維圖形的第一個證據是指古埃及,或者更確切地說,是指它的建築和建築。 因此,如果不了解確定質量和體積的基本原理,就無法建造雄偉的金字塔結構。 這意味著古埃及人至少可以計算立方體、棱柱和金字塔的體積。

一個生動的例子是法老基奧普斯的陵墓,高147米,具有理想的金字塔幾何形狀。 它不可能由一磚一瓦拼湊而成,能屹立4500多年,這需要高精度的數學和工程計算。

沒有文獻證據表明古埃及人和巴比倫人使用特定的公式來計算體積,也許它們僅以圖形和口頭形式使用 - 遵循單獨的原則,沒有明確制定的規則。

從古巴比倫開始,只有粘土板流傳下來,描述了計算截斷(不完整)金字塔的規則,但它們不足以建造如此規模的物體。 眾所周知,許多古代文明通過底面積乘以高度來計算基本圖形的體積,但這不適用於圓錐體、金字塔、四面體等物體。 儘管它們經常出現在古代建築中並且具有明確的比例。

古希臘

從公元前 5 世紀到公元前 2 世紀,古希臘對求體積的原則有了更清​​晰的闡述。 歐幾里得引入了立方體的概念,它同時意味著同名圖形的體積和數字的三次方。 公元前5世紀的德謨克利特首次提出了求金字塔體積的規則,根據他的研究,金字塔的體積始終等於相同高度、相同面積的棱柱體積的1/3。根據。

在公元前六世紀到公元前二世紀期間,古希臘數學家還學會了使用已經發現的數字“pi”來計算棱柱、圓柱和圓錐的體積,這是計算所有圓形數字所必需的。 阿基米德的研究奠定了微積分積分法的基礎,他認為自己的主要發現是一個公式,根據該公式,球的體積始終小於其周圍圓柱體的體積的 2/3。 除了阿基米德之外,德謨克利特和尼多斯的歐多克索斯也對幾何學的研究做出了巨大的貢獻。

新時間

在古代,計算三維圖形的所有基本公式都是推導出來的,而中世紀在這一領域並沒有給出任何根本性的新發現——除了印度研究人員(主要是婆羅門笈多),他們創造了幾種幾何圖形6-7世紀的規則,增加了一個新的值——半周長。 一種全新的方法僅在現代 - 十六至十七世紀才被應用。

意大利科學家博納文圖拉·卡瓦列裡(Bonaventura Cavalieri)在1635年的著作《幾何學》(Geometria indivisibilibus continuorum novaquadam Ratione promota)中提出了求金字塔體積的新原理,為數學和物理學的進一步發展奠定了基礎未來300年。 原理是,如果兩個物體在與某個給定平面平行的任意平面相交時,橫截面積相等,則這些物體的體積也相等。

值得注意的是,直到 19 世紀,三維物體的體積還沒有確切的定義,直到 1887 年由 Giuseppe Peano 和 1892 年由 Marie Enmond Camille Jordan 才提出。 根據國際單位制,立方米成為體積的主要測量單位,所有其他單位(盎司、英尺、桶、蒲式耳)仍然作為替代單位。

隨著抽象主義的發展,3D 幾何在 20 世紀引起了特別的興趣。 1966 年,攝影師查爾斯·F·科克倫 (Charles F. Cochran) 創作了他著名的由內而外的立方體“瘋狂盒子”照片,此後立方體雪花、漂浮、重複、兩層立方體等進入了不可能的 3D 形狀列表。 如果不使用普遍接受的計算體積的公式,現代 3D 藝術也是不可能的,儘管這些公式是由計算機計算的,但它是在許多世紀前創建的。

體積是多少(各種體積公式)

體積是多少(各種體積公式)

如果將一列中的多個數字相加即可計算周長,則可能需要工程計算器或特殊的在線應用程序來確定體積。 這適用於所有基本的三維圖形:立方體、棱柱、球、平行六面體、圓錐體、圓柱體、四面體和金字塔。

立方體

由於立方體的所有面都具有相同的長度且所有角度均為 90 度,因此該圖形的體積計算是基本的。 對他來說,使用一個未知數的公式就足夠了:

  • V = a3。

因此,V是立方體的體積,a是其面的長度。 體積單位是標準的:米、分米、厘米、毫米等。

棱鏡

該幾何圖形是一個多面體,其兩條邊形狀和麵積相同,且在平行平面內。 它們之間是嚴格垂直於底邊的矩形。 後者可以具有任何多面體形狀:三角形、五邊形、六邊形。 在任何情況下確定體積的公式看起來都是一樣的:

  • V = Sₒ ⋅ h。

式中,h為棱柱的高度,Sₒ為其底面積。 後者是根據該特定圖形對應的公式計算的,無論是三角形、菱形、梯形。

平行六面體

這個圖形是棱柱的變體之一,但如果後者的面嚴格垂直於底面,那麼第一個棱柱可以有斜面 - 角度不是 90 度。 然而,計算盒子體積的公式看起來是一樣的:

  • V = Sₒ ⋅ h。

高度h是從上底角垂直向下引出的,斜邊與下底角不重合。 如果盒子是矩形,則體積計算為邊長的乘積:

  • V = a ⋅ b ⋅ h。

因此,a和b是底邊的長度,h是盒子的高度。 在這種情況下,高度與任何側邊完全重合。

金字塔

較難計算的圖形,由多邊形底面和三角形面組成,三角形面的數量等於底面的邊數。 如果是三角形則有3個面,如果是正方形則有4個,如果是六邊形則有6個。所有側面都有公共頂點,體積使用通用公式計算:

  • V = (1/3) ⋅ Sₒ ⋅ h。

如前面的公式一樣,Sₒ是底面積,h是圖形的高度。 改變底座時,表達式不會改變,並且對於所有類型的金字塔都是相同的。

正四面體

該圖形的邊上的所有二面角都相等,並且面是等邊三角形,包括底邊。 因此,正四面體可以稱為具有四個相同邊的三棱錐。 其體積由以下公式計算:

  • V = (a3 ⋅ √2) / 12。

表達式中只有一個未知數——a,對應正四面體的邊長。 其中的所有邊都相同,因此只需進行立方,然後乘以根並除以 12 即可。

氣缸

這個幾何圖形由兩個直徑相同且相互平行的圓形底座組成。 它們通過垂直於底座的一個連續側表面互連。 後者可以用圓形和橢圓形表示。 無論如何,計算體積的公式看起來都是一樣的:

  • V = π ⋅ R² ⋅ h。
  • V = Sₒ ⋅ h。

在這些方程中,Sₒ是圓柱體底面的面積,h是圓柱體的高度,R是底面的半徑。 第一個公式僅適用於具有完美圓形底座的圓柱體,第二個公式適用於所有圓柱體,包括卵形和橢圓形。

錐體

另一種常見的 3D 形狀是圓錐體,具有圓形底部和尖銳的頂點。 要計算其體積,您可以使用兩個數學公式之一:

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

第一個僅適用於圓形底座的圓錐體,第二個是通用的,可用於計算橢圓形和橢圓形底座的圖形。 公式中的符號是標準的:Sₒ是底面積,R是底半徑,h是圓錐體的高度。

最後,要計算球體的體積,只需要常數 π(等於 3.14...)和它的半徑:

  • V = (4/3) ⋅ π ⋅ R³。

因此,R是球的半徑,足以確定該圖形的體積。

為了不浪費時間和困惑於復雜的計算,您可以使用帶有根和度的按鈕式(或軟件)工程計算器,或帶有空白字段的特殊在線計算器來輸入三維圖形的特徵.