カプセル形の半径と円柱部分の高さを入力してください。体積(V = πr²h + 4/3πr³)と円柱部分・球部分の内訳、cm³・L・m³の単位換算も表示します。
このページでできること
- 半径と円柱部分の高さを入れるだけで、カプセル形(円柱の両端に半球が付いた立体)の体積(\(V = \pi r^2 h + \dfrac{4}{3}\pi r^3\))がその場でわかります
- 円柱部分の体積と、両端の半球を合わせた球の体積も分けて表示するので、計算のしくみがそのまま確かめられます
- 計算結果は3D図形でも表示され、マウスやスワイプで回して形を確かめられます
- 体積の単位換算(cmで入力したときのL・m³、mで入力したときのcm³)も同時に表示します
- 式のやさしい解説・Excel/Googleスプレッドシート/Python用のコピペ数式・計算ドリル(演習問題)もこのページにまとまっています
この計算は何の役に立つ?
薬のカプセルはこの形の代表例です。半径0.4cm・円柱部分の高さ1.4cmのカプセルをこの形とみなすと、容積は \(\pi \times 0.4^2 \times 1.4 + \dfrac{4}{3}\pi \times 0.4^3 \fallingdotseq 0.97\,\mathrm{cm^3}\)、つまり約1mLです。
実際のカプセル剤は2つの部品(キャップとボディ)が重なった形なのであくまで概算ですが、「この大きさのカプセルに薬がどれくらい入るか」という見積もりの土台は、まさにこの式です。
LPガスなどを貯める圧力タンクには、円柱の両端に半球を付けたカプセル形(横置き)がよく使われます。角がある形は圧力が角に集中して壊れやすいのに対し、丸い形は圧力が均等に分散するためです。
半径1m・円柱部分の長さ4mのタンクなら、容量は \(\pi \times 1^2 \times 4 + \dfrac{4}{3}\pi \times 1^3 \fallingdotseq 16.8\,\mathrm{m^3}\)(約16800L)。タンクの寸法から貯められる量を求めるのは、設計でも点検でもこの式の出番です。
燃料などを運ぶタンクローリーの胴体も、円柱の両端に丸い鏡板(かがみいた)が付いた、カプセルに近い形をしています。両端を半球とみなして半径1.1m・円柱部分6mで計算すると、\(\pi \times 1.1^2 \times 6 + \dfrac{4}{3}\pi \times 1.1^3 \fallingdotseq 28.4\,\mathrm{m^3}\)、つまり約28400Lです。
実際の鏡板は半球より浅い形が多いので正確な容量は図面によりますが、大型ローリーの積載量(20000〜30000L程度)と桁が合う、よい概算になります。
魚肉ソーセージやかまぼこ棒のような「両端の丸い棒状の食品」も、カプセル形で近似できます。直径2.5cm(半径1.25cm)・円柱部分12cmなら、体積は \(\pi \times 1.25^2 \times 12 + \dfrac{4}{3}\pi \times 1.25^3 \fallingdotseq 67\,\mathrm{cm^3}\) となります。
食品の密度は水(1cm³あたり約1g)に近いものが多いので、重さはおよそ70g弱——実際の商品の1本あたりの内容量(70g前後)とよく合います。体積から重さやカロリーの桁を見積もる、というのは食品開発でも家庭でも使える考え方です。
式と図
用語・記号の解説
記号
| \(V\) | ブイ | 体積を表すのによく使われる記号。英語の volume(体積)の頭文字です。このページではカプセル全体の体積を表します。 |
| \(V_1\)、\(V_2\) | ブイいち、ブイに ブイワン、ブイツー | 同じ種類の量(ここでは体積)が複数あるとき、右下に小さい番号(添え字)を付けて区別します。このページでは \(V_1\) が円柱部分の体積、\(V_2\) が両端の半球を合わせた球の体積です。 |
| \(r\) | アール | 半径(円の中心から端までの長さ)。英語の radius(半径)の頭文字です。カプセル形では、円柱部分の断面の半径と両端の半球の半径が同じ \(r\) になります。直径の半分の長さです。 |
| \(h\) | エイチ | 円柱部分の高さ(両端の半球を含まない、まっすぐな胴体部分の長さ)。英語の height(高さ)の頭文字です。カプセル全体の長さは \(h + 2r\) になります。 |
| \(\pi\) | パイ | 円周率を表すギリシャ文字。円周 ÷ 直径の値で、\(3.14159\ldots\) と無限に続きます。小学校で使う「3.14」はこの近似値です。 |
| \(r^2\)、\(r^3\) | アールの2乗、アールの3乗 | 右上の小さい数字(指数)は「同じ数を何回掛けるか」を表します。\(r^2 = r \times r\)、\(r^3 = r \times r \times r\) です。円柱部分では2乗、球部分では3乗を使います。 |
| \(\dfrac{4}{3}\) | 3分の4 | 球の体積の公式に決まって出てくる係数(定数)。約1.33倍という意味で、球の体積が「半径と同じ長さの辺を3回掛けた \(r^3\) に \(\pi\) を掛けたもの」の \(\dfrac{4}{3}\) 倍になることを表します。 |
| \(\mathrm{cm^3}\) | 立方センチメートル | 体積の単位。1辺1cmの立方体の体積が1cm³です。読み方は「りっぽうセンチメートル」で、1cm³ = 1mLの関係があります。 |
| \(\mathrm{m^3}\) | 立方メートル | 体積の単位。1辺1mの立方体の体積が1m³です。\(1\,\mathrm{m^3} = 1000000\,\mathrm{cm^3} = 1000\,\mathrm{L}\) の関係があります。 |
| \(\mathrm{L}\) | リットル | 体積(かさ)の単位。\(1\,\mathrm{L} = 1000\,\mathrm{cm^3} = 1000\,\mathrm{mL}\) です。飲み物や水の量でおなじみの単位です。 |
用語
| カプセル形 | カプセルがた | 円柱の両端に半球を1つずつ付けた立体。薬のカプセルやガスの貯蔵タンクなどに見られる形です。ゲームやCG(コンピュータグラフィックス)の分野でも、当たり判定などに「カプセル」という名前でよく使われます。 |
| 半球 | はんきゅう | 球を中心を通る平面でちょうど半分に切った立体。カプセル形の両端に付いている丸い部分です。半球2つを合わせると球1個分になります。 |
| 円柱 | えんちゅう | 底面が円で、どこを輪切りにしても同じ大きさの円になる、まっすぐな立体。カプセル形の真ん中の胴体部分がこれにあたります。 |
| 球 | きゅう | ボールのように、中心からの距離がどこも等しい点の集まりでできた立体。体積は \(\dfrac{4}{3}\pi r^3\) で求められます。 |
| 体積 | たいせき | 立体の大きさ(かさ)を数で表したもの。「1辺1cmの立方体(1cm³)が何個分あるか」で測ります。 |
| 円周率 | えんしゅうりつ | 円周が直径の何倍かを表す数。どんな大きさの円でも同じ値になり、記号 \(\pi\) で表します(約3.14)。 |
| 単位換算 | たんいかんさん | 同じ量を別の単位で表し直すこと。体積の場合、長さの換算率(1m = 100cm)の3乗が体積の換算率(1m³ = 1000000cm³)になるのがポイントです。 |
前提として理解しておくといいこと
このページの計算を「意味がわかって」使えるようになるために、前提として理解しておくといいことをまとめました。
| 円の面積(小学6年) |
|
| 体積の意味と単位(小学5年) |
|
| 角柱・円柱の体積(小学6年〜中学1年) |
|
| 球の体積(中学1年) |
|
| 円周率と文字式(中学1年) |
|
| 指数(累乗)の意味(中学1年) |
|
Excelで計算する方法
| 円柱部分の体積 V1 | 113.1 |
| 両端の半球を合わせた球の体積 V2 | 113.1 |
| カプセルの体積 | =B1+B2 |
| 半径 r | 3 |
| 円柱部分の高さ h | 4 |
| 円柱部分の体積(πr²h) | =PI()*B1^2*B2 |
| 半径 r | 3 |
| 球の体積(4/3πr³) | =4/3*PI()*B1^3 |
| 半径 r | 3 |
| 円柱部分の高さ h | 4 |
| カプセルの体積 | =PI()*B1^2*B2+4/3*PI()*B1^3 |
| cm³で表した体積 | 226.19 |
| Lで表した体積 | =B1/1000 |
| cm³で表した体積 | 200000 |
| m³で表した体積 | =B1/1000000 |
数式の中の「PI()」は円周率π(3.14159…)を返すExcelの関数で、「B1」「B2」は「そのセルに入っている数値を使う」という意味、「*」は掛け算、「/」は割り算、「^」はべき乗(何回掛ける)の記号です。
例えば2つ目の表なら、B3に約113.097と表示されます(cmで入力したのでcm³)。3つ目の表はB2に約113.097、4つ目の表はB3に約226.195が出て、「円柱部分 + 球部分」(1つ目の表のB3。こちらは113.1と丸めた値同士を足すので226.2)とほぼ同じ値になることが確かめられます。5つ目の表はB2に0.22619、6つ目の表はB2に0.2が出ます。入力欄の数値を自分のカプセルの寸法に書き換えるだけで使えます。
Googleスプレッドシートで計算する方法
| 円柱部分の体積 V1 | 113.1 |
| 両端の半球を合わせた球の体積 V2 | 113.1 |
| カプセルの体積 | =B1+B2 |
| 半径 r | 3 |
| 円柱部分の高さ h | 4 |
| 円柱部分の体積(πr²h) | =PI()*B1^2*B2 |
| 半径 r | 3 |
| 球の体積(4/3πr³) | =4/3*PI()*B1^3 |
| 半径 r | 3 |
| 円柱部分の高さ h | 4 |
| カプセルの体積 | =PI()*B1^2*B2+4/3*PI()*B1^3 |
| cm³で表した体積 | 226.19 |
| Lで表した体積 | =B1/1000 |
| cm³で表した体積 | 200000 |
| m³で表した体積 | =B1/1000000 |
Pythonで計算する方法
import math
radius = 3 # 半径(この例ではcm)
height = 4 # 円柱部分の高さ(両端の半球を含まない。半径と同じ単位で)
cylinder_volume = math.pi * radius ** 2 * height # 円柱部分の体積(πr²h。この例ではcm3)
sphere_volume = 4 / 3 * math.pi * radius ** 3 # 両端の半球を合わせた球の体積(4/3πr³)
volume = cylinder_volume + sphere_volume # カプセルの体積(入力単位の3乗)
volume_liter = volume / 1000 # cmで入力した場合、L(リットル)に直した体積
print(f"円柱部分の体積: {cylinder_volume} cm3")
print(f"両端の半球を合わせた球の体積: {sphere_volume} cm3")
print(f"カプセルの体積: {volume} cm3")
print(f"Lに直すと: {volume_liter} L")
数式記述言語(LaTeX等)での書き方(コピペ可)
V = V₁ + V₂
V = V_{1} + V_{2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub>
<mo>+</mo>
<msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub>
</mrow>
</math>
V = V_1 + V_2
v1 + v2
V := V1 + V2;
V = V1 + V2;
V = V_1 + V_2
V₁ = π × r² × h
V_{1} = \pi r^{2} h
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub>
<mo>=</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>⁢</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
</math>
V_1 = pi r^2 h
Pi*r^2*h
V1 := Pi*r^2*h;
V1 = pi*r^2*h;
V_1 = πr^2 h
V₂ = 4/3 × π × r³
V_{2} = \dfrac{4}{3}\pi r^{3}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>4</mn><mn>3</mn></mfrac>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>3</mn></msup>
</mrow>
</math>
V_2 = 4/3 pi r^3
4/3*Pi*r^3
V2 := (4/3)*Pi*r^3;
V2 = 4/3*pi*r^3;
V_2 = (4/3)πr^3
V = π × r² × h + 4/3 × π × r³
V = \pi r^{2} h + \dfrac{4}{3}\pi r^{3}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>⁢</mo>
<mi>h</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac><mn>4</mn><mn>3</mn></mfrac>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>3</mn></msup>
</mrow>
</math>
V = pi r^2 h + 4/3 pi r^3
Pi*r^2*h + 4/3*Pi*r^3
V := Pi*r^2*h + (4/3)*Pi*r^3;
V = pi*r^2*h + 4/3*pi*r^3;
V = πr^2 h + (4/3)πr^3
V[L] = V[cm³] ÷ 1000
V_{\mathrm{L}} = V_{\mathrm{cm^3}} \div 1000
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>V</mi><mi mathvariant="normal">L</mi></msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>V</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">cm</mi><mn>3</mn></msup></mrow></msub>
<mo>÷</mo>
<mn>1000</mn>
</mrow>
</math>
V_L = V_(cm^3) -: 1000
vCm3/1000
vL := vCm3/1000;
v_liter = v_cm3/1000;
V(L) = V(cm³)/1000
V[m³] = V[cm³] ÷ 1000000
V_{\mathrm{m^3}} = V_{\mathrm{cm^3}} \div 1000000
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>V</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">m</mi><mn>3</mn></msup></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>V</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">cm</mi><mn>3</mn></msup></mrow></msub>
<mo>÷</mo>
<mn>1000000</mn>
</mrow>
</math>
V_(m^3) = V_(cm^3) -: 1000000
vCm3/1000000
vM3 := vCm3/1000000;
v_m3 = v_cm3/1000000;
V(m³) = V(cm³)/1000000
ChatGPT に聞いて計算してもらう方法
あなたは算数・数学の計算アシスタントです。次の計算を、必ずPythonコードを実際に実行して行い、実行結果の数値だけを根拠に回答してください(暗算や推測で答えないでください)。 半径3cm、円柱部分の高さ4cmのカプセル形(円柱の両端に半球が付いた立体)があります。 次の値をそれぞれ求めてください。 1. 円柱部分の体積は何cm³か 2. 両端の半球を合わせた球の体積は何cm³か 3. カプセル全体の体積は何cm³か 4. その体積をL(リットル)に直すといくつか 計算に使った式と、実行結果の数値を示してください。
計算ドリル(演習問題)
このページの式を、自分の手で計算できるようになるための演習問題です。
答えと解説は解答ページにあります。
使い方
-
1数値を入力計算したい数値を入力欄に入力します
-
2計算「計算する」ボタンを押します
-
3結果を確認計算結果がその場に表示されます。計算の考え方や式の解説も同じページで確認できます
DataChefの特徴
専門知識不要、直感的で簡単な操作
個人情報を登録することなく使用できます
「ダウンロード」押下でファイルを自動削除
クレジット表記不要
商用利用許諾の連絡も不要です
