Tu t'es déjà demandé à quoi ressemble une boîte de Pringles ? Ou quelle quantité de sucre serait nécessaire pour le remplir s'il était vidé de tous ses Pringles ?
Dans cet article, nous allons en apprendre davantage sur les cylindres et sur la façon de calculer leur volume.
Qu'est-ce qu'un cylindre ?
Un cylindre est un solide dont les deux extrémités plates et circulaires sont reliées par un tube.
On retrouve un cylindre dans de nombreux objets d'usage quotidien tels que le papier hygiénique, le contenant de bonbons, le contenant de lait en fer blanc, les tuyaux, etc.
Types de cylindres
Il existe deux types fondamentaux de cylindres.
Les cylindres circulaires droits : Ces cylindres ont les plans de leurs bases perpendiculaires au segment reliant les centres des cercles du cylindre.
Image d'un cylindre circulaire droit, StudySmarter Originals
Le cylindre circulaire oblique - Ces cylindres n'ont pas les plans de leurs bases perpendiculaires au segment reliant les centres des cercles du cylindre.
Image d'un cylindre circulaire oblique, StudySmarter Originals
Comment calculer le volume d'un cylindre ?
Volume d'un cylindre circulaire
Le volume d'un cylindre circulaire se calcule en multipliant sa hauteur par l'aire de sa base circulaire.
On rappelle que l'aire d'un cercle est donnée par ,
Ainsi, le volume d'un cylindre circulaire est donné par,
Un récipient cylindrique a un rayon de base de 7 cm et une profondeur de 10 cm. Trouve le volume si
Solution :
On note d'abord le rayon et la hauteur du cylindre, .
Le volume du cylindre circulaire est calculé comme suit ,
Volume d'un cylindre circulaire oblique
Principe de Cavalieri
Le principe de Cavalieri stipule que pour deux solides ayant la même hauteur et tels que leurs sections transversales correspondantes à n'importe quel niveau, ont les mêmes aires, alors ils ont le même volume.
Le principe de Cavalieri est très important pour trouver les volumes des formes solides obliques. Il nous permet d'utiliser la même formule pour calculer les volumes de ces solides même s'ils ne sont pas droits.
Selon le principe de Cavalieri, si l'on considère deux cylindres circulaires et obliques de même hauteur, ayant le même rayon sur leur base, on en déduit qu'ils partageront les mêmes aires de section. Par conséquent, on peut dire que le volume d'un cylindre oblique est égal au volume d'un cylindre circulaire droit. Par conséquent, le volume d'un cylindre oblique,Vo, est donné par
Trouve le volume de la figure ci-dessous, en prenant
Solution :
En rappelant le principe de Cavalier,
On déduit de la figure que.
Ainsi, le volume du cylindre oblique donné dans la figure ci-dessus peut être calculé comme,
.
Dans quelle unité le volume d'un cylindre est-il mesuré ?
Le volume d'un cylindre se mesure en centimètres cubes cm3 et en mètres cubesm3. De même, le volume d'un cylindre est mesuré en litres l. Note que :
Volume d'un cylindre semi-circulaire
Un cylindre semi-circulaire a sa base et son sommet en demi-cercle. Il est également connu pour être la moitié d'un cylindre circulaire droit.
Image d'un cylindre semi-circulaire, StudySmarter Originals
Le volume d'un cylindre semi-circulaire se calcule en divisant le volume du cylindre complété par 2.
Imagine que le cylindre semi-circulaire soit complété pour devenir un cylindre plein. Ainsi ,
Alors le volume d'un cylindre semi-circulaire est donné par ,
Trouve le volume d'un cylindre semi-circulaire d'une hauteur de 6 cm et d'un diamètre de 5 cm. Prends
Solution :
Le volume d'un cylindre semi-circulaire est donné par ,
Nous écrivons la hauteur et le diamètre à partir des données,.
On déduit le rayon à partir du diamètre,
Par conséquent, le volume du cylindre semi-circulaire est donné par,
.
Comment calculer le volume des formes irrégulières ?
La connaissance du volume des solides réguliers permet de calculer les formes irrégulières. Tout d'abord, tu dois décomposer le solide irrégulier en ses composants solides réguliers puis tu détermines son volume.
Voyons comment cela peut se faire dans l'exemple suivant.
Détermine le volume du cercueil ci-dessous. Prends
Solution :
Nous constatons tout d'abord que le sommet du cercueil est un cylindre semi-circulaire tandis que la base est un prisme rectangulaire.
Trouvons le volume du sommet cylindrique semi-circulaire.
Nous remarquons que le diamètre du cylindre semi-circulaire est le suivant. Ainsi ,
D'où,
.
Le volume du prisme rectangulaire,
D'après la figure, on déduit que la longueur = 30 cm, la largeur = 14 cm et la hauteur = 15 cm.
D'où ,
Le volume du cercueil est calculé comme la somme du volume du cylindre semi-circulaire et du volume du prisme rectangulaire.
.
De combien de rouleaux de mouchoirs Brenda a-t-elle besoin pour bloquer 40 425 centimètres cubes d'ouverture dans sa chambre si la hauteur du rouleau est de 50 cm ? Prends
Solution :
Pour déterminer le nombre de rouleaux de mouchoirs en papier que Brenda doit utiliser, il faut trouver le volume du mouchoir, .
Le volume du tissu peut être calculé en soustrayant le volume de l'espace creux du tissu, , du volume du cylindre entier.
Ainsi ,
Nous calculons d'abord le volume du cylindre entier,
Ensuite, pour calculer le volume de l'espace creux, nous devons d'abord calculer son rayon correspondant. Or, le diamètre de l'espace creux peut être trouvé en soustrayant le diamètre du cylindre entier du diamètre du cylindre non vide, soit
Maintenant, le volume de l'espace creux est,
Le volume du tissu est donc,
Puisque le volume de l'espace que Brenda doit remplir est de 40 425 cm3, il lui faut donc ,
.
Volume d'un cylindre - Principaux enseignements
Un cylindre est un solide qui a deux extrémités plates circulaires identiques reliées par un tube.
Les deux types de cylindres sont les cylindres circulaires droits et les cylindres circulaires obliques.
Le principe de Cavalieri stipule que pour deux solides qui possèdent la même hauteur et la même surface de section, leurs volumes sont identiques.
Le volume d'un cylindre est donné par
Un cylindre semi-circulaire a sa base et son sommet en demi-cercle. Il est également connu pour être la moitié d'un cylindre circulaire droit.
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Lily Hulatt
Digital Content Specialist
Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.