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Man stelle sich vor eine Kugel dringt in die Wand eines kreisrunden Zylinders ein, und das Volumen dieser Überschneidung würde ich gerne Berechnen.

Skizze.

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Sagen dir Volumenintegrale was?
Mir ist bewusst, dass ich integrieren muss. Doch dass richtige Integral dazu aufzustellen beherrsche ich nicht.

Für den Kugelabschnitt gilt : V = 1/3*π*h 2(3*r - h) !! Du brauchst also nur h und r der Kugel .

Das gilt aber nur dann, wenn sich die Kalotte auf einer ebenen Fläche befindet.

Die Gegenfläche soll ein Zylinder, bzw. eine gekrümmte Ebene sein.

Googeln kann ich selber^^
Das gilt aber nur dann, wenn sich die Kalotte auf einer ebenen Fläche befindet.

Die Gegenfläche soll ein Zylinder, bzw. eine gekrümmte Ebene sein.

Googeln kann ich selber^^

Beitrag ist kein Duplikat!
Wenn mich meine geometrische Fantasie nicht im Stich lässt, habe ich hier im vorliegenden Fall überhaupt keine ebenen Schnittflächen.
Die Draufsicht ist ja für jede Höhe anders.

Kannst du da eventuell mit dem Winkel im Zentrum der Kugel parametrisieren?

Dann auf jeder Höhe 2 Kreissegmente addieren. Vgl. Formel hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Kreissegment

2 Kreissegmente reichen nicht, da es ein oval ergibt.

Man müsste ein Volumenintegral aufstellenSkizze

Leider verzieht es das Bild sehr stark beim hochladen. Der rote Kreis unten soll eine Ellipse darstellen
Volumenintegral ist erforderlich

Nur müsse man Funktionen dafür finden können. Wir haben nur die Radien gegeben. Wir kennen nicht mal die Eindringtiefe. Dennoch müsste irgendwas gehen, wenn man weiß, ob es sich um kreisförmig verlaufende oder elipsenförmig verlaufende Funktionen handelt. Dann das Koordinatensystem geschickt legen, und man müsste etwas bei der Thematik dann weiterkommen.

Wir haben die beiden Radien r1 und r2 und die Eindringtiefe h gegeben. Alle Grenzen verlaufen Kreisförmig, es sieht nur durch die Krümmung des Zylinders ellipsenförmig aus.

Na denn, würden sich ja die Kreisgleichungen im ersten Schritt anbieten. Vermutlich müsste man dann in 2 Ebenen (x,y und x, z) arbeiten.

SkizzeWenn man über diese beiden Flächen integriert sollte man ans Ziel kommen...

ja weiter so .-)

Ich bekomm für die obere Fläche ∫√2r1h-h*h(√r12-x2)+h -r1

 

Bei der Berechnung der Integrationsgrenzen der unteren Fläche kürzt sich jedoch immer mein y raus

z1=z2

(√r12-y2)+h -r1=(√r22-y2)+r2

 

Aber erstmal Wochenende:)

Hast du die Klammern am richtigen Ort?

 

(r12-y2)+h -r1=√(r22-y2)+r2

?

ja ich die Klammern am richtigen Ort. Musste schnell gehn am Freitag das sollen auch keine Integrale sein sondern Wurzeln
Kein Problem. Wurzeln sehen so aus, wenn man sie bei Mathelounge.de am Editor eingibt.

Wie hast du denn gerechnet, als sich das y rauskürzte?
Wenn du rechts und links quadrieren würdest, musst du erst mal Klammern um deine Ausdrücke schreiben und dann ausmultiplizieren.
jetzt hab ich so schöne Skizzen gemacht und keinem fällt mehr was ein....

1 Antwort

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wie sich schon gezeigt hat, ist die Aufgabe nicht ganz einfach. Für die Lösung braucht man vor allem ein geeignetes Koordinatensystem und dann das richtig aufgestellte Dreifachintegral. Ich würde z.B. den Kugelmittelpunkt in den Koordinatennullpunkt und die Zylinderachse parallel zur z-Achse an die Stelle x = RK+ RZ- H ,  y = 0 setzen.

Dann würde ich zunächst die Stelle xS bestimmen, an welcher sich die Aequatorkreise von Kugel und Zylinder in der x-y-Ebene schneiden. Für die Integration lohnt sich eine Aufteilung des Integrationsintervalles auf der x-Achse, das insgesamt von RK - H bis RK reicht, an der Stelle xS aufzuteilen. Das Volumen, das sich ab x =x S  bis  RK ergibt, liefert das Volumen eines Kugelsegments, das vollständig innerhalb des Zylinders liegt. Anstatt dafür ein Integral wirklich zu berechnen, kann man stattdessen die Volumenformel für das Kugelsegment verwenden.

Für das Integral von  RK - H bis xS  muss man sich klar machen, dass ein ebener Querschnitt (normal zur x-Achse) des Schnittkörpers als Schnitt eines Streifens mit zur z-Achse parallelen Begrenzungslinien mit einer in die Kugel passenden Kreisscheibe beschrieben wird. Es geht also darum, diese Querschnittsfläche durch die richtigen Ungleichungen zu beschreiben.

LG und viel Erfolg !

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Hier mal die Skizze der xy-Ebene

ich hoff das Flächenintegral stimmt so

Bild+

@bj218: Wieso erstellst Du dir keinen Account? Über schlaue Mitgleider würden wir uns stehts freuen ;) also nur eine Frage :D
Ich kann nur Mathe...

ich hatte letzte Woche schon Probleme mit Doppelposts und Dreifachaccounts;)

ich bin grad froh das hier alle passt und ich mein Problem gelöst krieg

So und hier das zweite Flächenintegral...

mir fehlt nur leider das Wissen die beiden Integral zu einem Volumenintegral zusammen zu führen.

Skizze

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