Introduce los dos valores que conozcas entre el radio de la base r (el radio del círculo del corte), el radio de la esfera original R y la altura h. Se calculan el tercero y el volumen.
Índice
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Qué puedes hacer en esta página
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¿Para qué sirve este cálculo?
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Cómo usar
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Fórmulas y dibujos
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Fórmula del volumen de un casquete esférico (a partir del radio de la esfera y la altura)
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Fórmula para hallar el radio de la esfera R (a partir del radio de la base y la altura)
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Fórmula para hallar la altura h (a partir del radio de la base y el de la esfera; dos soluciones)
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Fórmula para hallar el radio de la base r (a partir del radio de la esfera y la altura)
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Símbolos y términos
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Qué conviene saber de antemano
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Cómo calcularlo con Excel
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Cómo calcularlo con Hojas de cálculo de Google
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Cómo calcularlo con Python
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La fórmula en LaTeX y otras notaciones matemáticas (para copiar)
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Cómo pedirle a ChatGPT que haga el cálculo
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Las ventajas de DataChef
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Funciones relacionadas
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Todas las calculadoras de NumberChef
Qué puedes hacer en esta página
- Obtienes al instante el volumen del casquete esférico: el trozo de esfera que queda al cortarla con un plano, con forma de cúpula o de cuenco boca abajo (con rigor, se llama segmento esférico de una base, y su parte curva, casquete esférico; en inglés, «spherical cap»)
- Con solo dos de estos tres datos, el radio de la base (el círculo del corte) \(r\), el radio de la esfera original \(R\) y la altura \(h\), se calcula automáticamente el que falta
- Si partes del radio de la base y del radio de la esfera, la respuesta puede tener dos soluciones, según se corte por encima o por debajo del centro de la esfera. En ese caso se muestran las dos
- El casquete del resultado también se muestra en 3D (puedes girarlo arrastrándolo; la esfera original aparece con una línea fina)
- En esta misma página también encontrarás una explicación sencilla de las fórmulas y fórmulas para copiar en Excel, Hojas de cálculo de Google y Python
¿Para qué sirve este cálculo?
En los depósitos esféricos donde se almacenan combustibles o gases licuados, la parte ocupada por el líquido tiene justo forma de casquete esférico, así que midiendo la profundidad del líquido \(h\) esta fórmula da lo que queda. Por ejemplo, si un depósito esférico de 2 m de radio contiene líquido hasta 0,5 m de profundidad, quedan \(\pi \times 0{,}5^2 \times (3 \times 2 - 0{,}5) \div 3 \approx 1{,}44\,\mathrm{m^3}\) (unos 1440 L).
Convertir en volumen la profundidad medida por un sensor es el uso más típico de esta fórmula en la práctica.
Si echas sopa hasta 3 cm de profundidad en un bol con forma casi de semiesfera (6 cm de radio), la sopa tiene forma de casquete, así que la cantidad es \(\pi \times 3^2 \times (3 \times 6 - 3) \div 3 = 45\pi \approx 141\,\mathrm{cm^3}\) (unos 141 mL).
Con el bol lleno (una semiesfera) serían unos 452 mL, así que el cálculo muestra que «con la mitad de profundidad, la cantidad es mucho menos de la mitad (menos de un tercio)». Es la aplicación más cercana, útil también para el emplatado y para calcular las cantidades de una receta.
Una cubierta o un techo en forma de cúpula se puede aproximar por un casquete esférico. Por ejemplo, para una cúpula de 120 m de diámetro (60 m de radio en la base) y 40 m de altura, el radio de la esfera original es \(R = (40^2 + 60^2) \div (2 \times 40) = 65\,\mathrm{m}\) y el espacio interior, unos 260.000 m³.
El tamaño de este espacio es el punto de partida para diseñar la climatización, la ventilación y la acústica (una cúpula real no siempre es un casquete exacto, así que es solo una aproximación).
Una gota pequeña sobre una superficie, como una gota de agua sobre una hoja o una gota de tinta de una impresora de chorro de tinta, tiene por la tensión superficial una forma casi de casquete esférico. En investigación y en fabricación se mide, en una foto de perfil, el radio de la base y la altura de la gota y se calcula su volumen con esta fórmula.
También se usa para evaluar lo mucho que un material se «moja» (el ángulo de contacto). Es una fórmula que se aplica incluso en el mundo microscópico.
La superficie abombada de las lentes de las gafas y de las cámaras es una parte de una superficie esférica (un casquete), y la parte abombada tiene justo la forma de un casquete esférico. Esta fórmula se ha usado para estimar el material que se elimina al pulir una lente y el volumen del material de partida.
En el diseño de cúpulas finas, como las lentes de contacto, las relaciones entre el radio del corte, el radio de la esfera y la altura (las fórmulas 2 a 4 de esta página) también son la base.
Fórmulas y dibujos
Símbolos y términos
Símbolos
| \(V\) | uve | Una letra que se usa a menudo para el volumen, por la inicial de «volumen». En esta página es el volumen del casquete esférico. |
| \(r\) | erre (minúscula) | El radio de la base (el círculo del corte), es decir, el radio del círculo que resulta al cortar la esfera con un plano. La r es la inicial de «radio». |
| \(R\) | erre (mayúscula) | El radio de la esfera original, la esfera entera antes de cortarla. Se escribe con mayúscula para distinguirlo del radio \(r\) (minúscula) del círculo del corte. |
| \(h\) | hache | La altura del casquete, la distancia desde el plano del corte hasta el punto más alto del casquete (el vértice). La letra h viene del inglés «height», y es la que se usa en los libros de texto. |
| \(\pi\) | pi | El número π. Es la constante que indica cuántas veces cabe el diámetro en la longitud de la circunferencia. Vale 3,14159… y sus decimales no terminan nunca; en clase se suele calcular con 3,14. |
| \(\pm\) | más menos | Un símbolo que resume «hay dos casos, uno con + y otro con −». En esta página indica que la altura puede tener dos soluciones. |
| \(\sqrt{\phantom{a}}\) | raíz (radical) | El símbolo de la raíz cuadrada (el número que, elevado al cuadrado, da el número de dentro). Ejemplo: \(\sqrt{9} = 3\) (porque \(3^2 = 9\)). |
| \(\mathrm{cm^3}\) | centímetro cúbico | Una unidad de volumen. Un cubo de 1 cm de arista tiene un volumen de 1 cm³. No lo confundas con el cm² (centímetro cuadrado), que es una unidad de área. |
| \(\mathrm{L}\) | litro | Una unidad que se usa mucho para la cantidad de agua y otros líquidos (volumen). Se cumple \(1\,\mathrm{L} = 1000\,\mathrm{cm^3}\) (un brik de leche de 1 litro tiene justo 1 L). (Se escribe l o L; aquí se usa la L mayúscula porque la l minúscula se confunde fácilmente con un 1.) |
Términos
| casquete esférico | El trozo de esfera que queda al cortarla con un único plano, con forma de cuenco boca abajo. Es el cuerpo cuyo volumen calcula esta calculadora. Con rigor, el cuerpo se llama segmento esférico de una base y su superficie curva, casquete esférico, pero en la práctica se usa «casquete» para las dos cosas (en inglés, «spherical cap»). |
| semiesfera | La mitad de una esfera, la que resulta al cortarla con un plano que pasa justo por su centro (también se llama hemisferio). Es un casquete especial con altura = radio de la esfera (\(h = R\)), y su volumen es justo la mitad del de la esfera entera. |
| base | La cara plana del casquete, es decir, el círculo del corte. El radio de este círculo es \(r\). |
| teorema de Pitágoras | En un triángulo rectángulo, «la hipotenusa al cuadrado es igual a la suma de los cuadrados de los catetos». En el casquete se cumple \(r^2 + (R - h)^2 = R^2\), y todas las fórmulas para hallar uno de \(r\), \(R\) y \(h\) a partir de los otros dos salen de aquí. |
| raíz cuadrada | El número que, elevado al cuadrado, da el número de partida. Las raíces cuadradas de 9 son 3 y −3, pero en los cálculos de longitudes se usa solo la positiva (\(\sqrt{9} = 3\)). |
| volumen | El tamaño de un cuerpo (el espacio que ocupa), expresado con un número. Se mide contando cuántos cubos unidad (por ejemplo, de 1 cm³) caben dentro. |
Qué conviene saber de antemano
Esto es lo que conviene saber para usar el cálculo de esta página entendiéndolo de verdad, y no solo pulsando el botón.
| Círculo y número π (6.º de Primaria–1.º de ESO, 11-13 años) |
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| Qué es el volumen y sus unidades (5.º de Primaria, 10-11 años) |
|
| Potencias y exponentes (1.º–2.º de ESO, 12-14 años) |
|
| Volumen de la esfera (2.º de ESO, 13-14 años) |
|
| Raíces cuadradas (2.º–3.º de ESO, 13-15 años) |
|
| El teorema de Pitágoras (2.º–3.º de ESO, 13-15 años) |
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Cómo calcularlo con Excel
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura h | 1 |
| Volumen del casquete | =PI()*B2^2*(3*B1-B2)/3 |
| Radio de la base r | 1 |
| Altura h | 0,5 |
| Radio de la esfera R | =(B2^2+B1^2)/(2*B2) |
| Radio de la base r | 1 |
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura (Solución 1) | =B2-RAIZ(B2^2-B1^2) |
| Altura (Solución 2) | =B2+RAIZ(B2^2-B1^2) |
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura h | 1 |
| Radio de la base r | =RAIZ(2*B1*B2-B2^2) |
«PI()» es la función que devuelve π, «RAIZ()» calcula la raíz cuadrada, «^» es la potencia (al cuadrado), «*» la multiplicación y «/» la división.
En la primera tabla, por ejemplo, B3 muestra unos 5,24 (en cm³ si el radio es de 2 cm y la altura de 1 cm). La tercera tabla es el caso con dos soluciones: B3 muestra unos 0,268 y B4 unos 3,732. Solo tienes que cambiar los datos por tus propios valores.
Cómo calcularlo con Hojas de cálculo de Google
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura h | 1 |
| Volumen del casquete | =PI()*B2^2*(3*B1-B2)/3 |
| Radio de la base r | 1 |
| Altura h | 0,5 |
| Radio de la esfera R | =(B2^2+B1^2)/(2*B2) |
| Radio de la base r | 1 |
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura (Solución 1) | =B2-RAIZ(B2^2-B1^2) |
| Altura (Solución 2) | =B2+RAIZ(B2^2-B1^2) |
| Radio de la esfera R | 2 |
| Altura h | 1 |
| Radio de la base r | =RAIZ(2*B1*B2-B2^2) |
Cómo calcularlo con Python
import math
ball_radius = 2 # radio de la esfera R (en este ejemplo, en cm)
height = 1 # altura del casquete h
volume = math.pi * height ** 2 * (3 * ball_radius - height) / 3 # volumen del casquete (la unidad introducida al cubo)
base_radius = math.sqrt(2 * ball_radius * height - height ** 2) # radio r de la base (el círculo del corte)
print(f"Volumen del casquete: {volume} cm3")
print(f"Radio de la base: {base_radius} cm")
La fórmula en LaTeX y otras notaciones matemáticas (para copiar)
V = π × h² × (3R − h) ÷ 3
V = \dfrac{\pi h^{2} (3R - h)}{3}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>⁢</mo>
<mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mi>R</mi><mo>−</mo><mi>h</mi><mo>)</mo></mrow>
</mrow>
<mn>3</mn>
</mfrac>
</mrow>
</math>
V = (pi h^2 (3R - h))/3
Pi*h^2*(3*R - h)/3
V := Pi*h^2*(3*R - h)/3;
V = pi*h^2*(3*R - h)/3;
V = (πh^2 (3R − h))/3
R = (h² + r²) ÷ (2h)
R = \dfrac{h^{2} + r^{2}}{2h}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>⁢</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
R = (h^2 + r^2)/(2h)
(h^2 + r^2)/(2*h)
R := (h^2 + r^2)/(2*h);
R = (h^2 + r^2)/(2*h);
R = (h^2 + r^2)/(2h)
h = R ± √(R² − r²)
h = R \pm \sqrt{R^{2} - r^{2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>h</mi>
<mo>=</mo>
<mi>R</mi>
<mo>±</mo>
<msqrt>
<mrow>
<msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>−</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</math>
h = R +- sqrt(R^2 - r^2)
R + {-1, 1}*Sqrt[R^2 - r^2]
h := R + [-1, 1]*sqrt(R^2 - r^2);
h = R + [-1, 1]*sqrt(R^2 - r^2);
h = R ± √(R^2 − r^2)
r = √(2Rh − h²)
r = \sqrt{2Rh - h^{2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>R</mi>
<mi>h</mi>
<mo>−</mo>
<msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</math>
r = sqrt(2Rh - h^2)
Sqrt[2*R*h - h^2]
r := sqrt(2*R*h - h^2);
r = sqrt(2*R*h - h^2);
r = √(2Rh − h^2)
Cómo pedirle a ChatGPT que haga el cálculo
Eres un asistente de cálculo matemático. Haz el siguiente cálculo ejecutando realmente código de Python y basa tu respuesta únicamente en los números del resultado de la ejecución (no calcules de cabeza ni estimes). Se corta una esfera de 2 cm de radio con un plano de modo que la altura desde el vértice del trozo resultante (un casquete esférico) sea de 1 cm. Calcula: 1. El volumen de este casquete esférico en cm³ (V = π × h² × (3R − h) ÷ 3) 2. El radio del círculo del corte (la base) en cm (r = √(2Rh − h²)) Muestra las fórmulas que has usado y los números del resultado de la ejecución.
Cómo usar
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1Introduce los númerosEscribe en los campos los números con los que quieres calcular
-
2CalculaHaz clic en el botón «Calcular»
-
3Consulta el resultadoEl resultado aparece al instante. En la misma página también encontrarás el desarrollo del cálculo y la explicación de la fórmula
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