Entrez le rayon et la hauteur de la partie cylindrique d’une capsule (un cylindre terminé par une demi-sphère à chaque bout). Vous obtenez l’aire totale (S = 4πr² + 2πrh), son détail et la conversion en cm² et m².
Table des matières
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Ce que vous pouvez faire sur cette page
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À quoi sert ce calcul ?
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Mode d'emploi
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Formules et figures
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Symboles et termes
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Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
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Calculer avec Excel
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Calculer avec Google Sheets
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Calculer avec Python
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Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
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Faire faire le calcul par ChatGPT
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Les atouts de DataChef
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Fonctions connexes
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Liste des calculatrices NumberChef
Ce que vous pouvez faire sur cette page
- Entrez le rayon et la hauteur de la partie cylindrique, et vous obtenez aussitôt l’aire totale d’une capsule (un cylindre terminé par une demi-sphère à chaque bout) : \(S = 4\pi r^2 + 2\pi r h\)
- Le détail s’affiche en même temps : l’aire de la partie sphère (\(4\pi r^2\)) et l’aire latérale du cylindre (\(2\pi r h\))
- La conversion de l’aire s’affiche aussi (en m² si vous saisissez des cm, en cm² si vous saisissez des m)
- Le résultat s’affiche aussi sous forme de figure 3D, que vous pouvez faire tourner à la souris ou du doigt
- Une explication simple des formules et des formules à copier-coller pour Excel, Google Sheets et Python se trouvent aussi sur cette page
À quoi sert ce calcul ?
Les gélules de médicaments reçoivent parfois un enrobage (un film) pour masquer le goût ou l’odeur, ou pour qu’elles se dissolvent dans l’intestin plutôt que dans l’estomac. La quantité d’enrobage nécessaire est proportionnelle à l’aire de la capsule.
Une gélule de 0,35 cm de rayon avec une partie cylindrique de 1,2 cm (environ 1,9 cm de long au total, une taille courante) a une aire de \(4\pi \times 0{,}35^2 + 2\pi \times 0{,}35 \times 1{,}2 \approx 4{,}2\,\mathrm{cm^2}\). Pour 100 000 gélules, il faut recouvrir environ 42 m² au total : c’est la base pour doser la matière d’enrobage à préparer.
Les réservoirs sous pression de GPL (propane) et d’autres gaz ont souvent la forme d’une capsule, « un cylindre avec une demi-sphère à chaque bout », qui résiste bien à la pression. Quand on refait la peinture antirouille, la quantité de peinture s’estime à partir de l’aire.
Pour une citerne de 1 m de rayon avec une partie cylindrique de 4 m, l’aire vaut \(4\pi \times 1^2 + 2\pi \times 1 \times 4 = 12\pi \approx 37{,}7\,\mathrm{m^2}\). Avec une peinture dont un pot couvre 30 m², il en faut 2 pots : cette formule suffit pour passer commande (en pratique, on ajoute un peu pour la tuyauterie et les pieds).
Une saucisse, c’est de la chair hachée enveloppée dans une peau appelée boyau : elle a presque la forme d’une capsule. La quantité de boyau dépend de l’aire de chaque saucisse.
Une saucisse de 1 cm de rayon avec une partie cylindrique de 13 cm a une aire de \(4\pi \times 1^2 + 2\pi \times 1 \times 13 = 30\pi \approx 94{,}2\,\mathrm{cm^2}\). Pour 1 000 saucisses, il faut donc environ 9,4 m² de boyau (en pratique, on en prévoit un peu plus pour les nœuds aux extrémités).
La cuve d’un chauffe-eau électrique (cumulus) ou d’un chauffe-eau thermodynamique est elle aussi un cylindre à bouts arrondis, proche d’une capsule. La chaleur de l’eau s’échappe par la surface de la cuve : les pertes de chaleur comme la quantité d’isolant à enrouler autour dépendent de l’aire.
Pour une cuve de 0,3 m de rayon avec une partie cylindrique de 1,2 m de haut, l’aire vaut \(4\pi \times 0{,}3^2 + 2\pi \times 0{,}3 \times 1{,}2 \approx 3{,}4\,\mathrm{m^2}\). Cette formule montre aussi une règle de base de la conception économe en énergie : à contenance égale, moins la surface est grande, moins on perd de chaleur.
Formules et figures
Symboles et termes
Symboles
| \(S\) | S | Une lettre souvent utilisée pour une aire, initiale de « surface ». Sur cette page, c’est l’aire totale de toute la capsule (certains manuels écrivent \(\mathcal{A}\)). |
| \(S_1\) | S indice 1 | Le symbole utilisé sur cette page pour l’aire de la partie sphère (\(4\pi r^2\)). Le petit 1 en bas à droite est un indice qui veut dire « morceau n° 1 ». |
| \(S_2\) | S indice 2 | Le symbole utilisé sur cette page pour l’aire latérale du cylindre (\(2\pi r h\)). Le petit 2 en bas à droite est un indice qui veut dire « morceau n° 2 ». |
| \(r\) | r | Le rayon de la capsule (la moitié de son épaisseur), commun à la partie cylindrique et aux demi-sphères des bouts. C’est l’initiale de « rayon », et il vaut la moitié du diamètre. |
| \(h\) | h | La hauteur de la partie cylindrique (la longueur de la partie droite du milieu, sans les demi-sphères), h comme « hauteur ». La longueur totale de la capsule vaut \(h + 2r\). |
| \(\pi\) | pi | La lettre grecque qui désigne le périmètre d’un cercle divisé par son diamètre. Elle vaut \(3{,}14159\ldots\) et ses décimales ne s’arrêtent jamais. Le « 3,14 » de l’école primaire en est une valeur approchée. |
| \(r^2\) | r au carré | Le nombre \(r\) multiplié par lui-même (\(r \times r\)). Le petit 2 en haut à droite est un exposant qui veut dire « multiplier 2 fois ». |
| \(\mathrm{cm^2}\) | centimètre carré | Une unité d’aire. L’aire d’un carré de 1 cm de côté vaut 1 cm². |
| \(\mathrm{m^2}\) | mètre carré | Une unité d’aire. L’aire d’un carré de 1 m de côté vaut 1 m², et \(1\,\mathrm{m^2} = 10\,000\,\mathrm{cm^2}\). |
Termes
| capsule | Un solide obtenu en collant une demi-sphère de même rayon à chaque bout d’un cylindre. C’est une forme courante dans la vie quotidienne et l’industrie, des gélules de médicaments aux citernes de gaz. |
| demi-sphère | Une sphère coupée exactement en deux par un plan passant par son centre (on dit aussi hémisphère). Chaque bout d’une capsule est une demi-sphère, et deux demi-sphères réunies forment une sphère. |
| aire totale | L’aire de toute la surface extérieure d’un solide, comme l’aire du papier qu’il faudrait pour l’emballer. Pour une capsule, c’est la partie sphère plus l’aire latérale du cylindre. |
| aire latérale | L’aire de la face qui fait le tour d’un solide droit (sa surface latérale). Pour un cylindre, le flanc se déplie en rectangle, et son aire vaut périmètre × hauteur (\(2\pi r h\)). |
| patron | La figure plane qu’on obtient en découpant un solide et en le mettant à plat. Le patron du flanc d’un cylindre est un rectangle de largeur = périmètre et de hauteur = hauteur, d’où vient la formule de l’aire latérale. |
| périmètre | La longueur du tour d’un cercle (on dit aussi circonférence). Elle vaut diamètre × π (\(2\pi r\)). Dans l’aire latérale d’un cylindre, elle joue le rôle de la largeur du rectangle. |
| pi | Le nombre qui indique combien de fois le périmètre d’un cercle contient son diamètre. Il est le même pour tous les cercles et se note \(\pi\) (environ 3,14). |
| conversion d’unités | Exprimer une même quantité dans une autre unité. Pour les aires, le point clé est que le coefficient est le carré de celui des longueurs (1 m = 100 cm, donc 1 m² = 10 000 cm²). |
Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
Voici ce qu’il est utile de savoir pour utiliser le calcul de cette page en le comprenant, et pas seulement en appuyant sur le bouton.
| L’aire du disque et le périmètre du cercle (6e, 11-12 ans) |
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| Les unités d’aire (CM1-6e, 9-12 ans) |
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| Le patron et l’aire latérale du cylindre (6e-5e, 11-13 ans) |
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| L’aire de la sphère (3e, 14-15 ans) |
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| Le nombre pi et le calcul littéral (5e-4e, 12-14 ans) |
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| Le calcul avec les nombres décimaux (CM2-6e, 10-12 ans) |
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Calculer avec Excel
| Rayon r (cm) | 3 |
| Hauteur du cylindre h (cm) | 10 |
| Aire totale de la capsule (cm²) | =4*PI()*B1^2+2*PI()*B1*B2 |
| Rayon r (cm) | 3 |
| Partie sphère, 4πr² (cm²) | =4*PI()*B1^2 |
| Rayon r (cm) | 3 |
| Hauteur du cylindre h (cm) | 10 |
| Aire latérale du cylindre, 2πrh (cm²) | =2*PI()*B1*B2 |
| Aire en cm² | 301,6 |
| Aire en m² | =B1/10000 |
Dans une formule, « PI() » est la fonction d’Excel qui renvoie le nombre pi (3,14159…), « B1 » et « B2 » veulent dire « prendre le nombre de cette cellule », « * » est la multiplication, « / » la division et « ^ » la puissance (combien de fois on multiplie).
Par exemple, dans le premier tableau, B3 affiche environ 301,593 (en cm² car vous avez saisi des cm). Le deuxième tableau affiche environ 113,097 en B2, le troisième environ 188,496 en B3 et le quatrième 0,03016 en B2. Il suffit de remplacer les nombres saisis par les dimensions de votre propre capsule.
Calculer avec Google Sheets
| Rayon r (cm) | 3 |
| Hauteur du cylindre h (cm) | 10 |
| Aire totale de la capsule (cm²) | =4*PI()*B1^2+2*PI()*B1*B2 |
| Rayon r (cm) | 3 |
| Partie sphère, 4πr² (cm²) | =4*PI()*B1^2 |
| Rayon r (cm) | 3 |
| Hauteur du cylindre h (cm) | 10 |
| Aire latérale du cylindre, 2πrh (cm²) | =2*PI()*B1*B2 |
| Aire en cm² | 301,6 |
| Aire en m² | =B1/10000 |
Calculer avec Python
import math
radius = 3 # rayon (en cm dans cet exemple)
height = 10 # hauteur de la partie cylindrique (dans la même unité que le rayon ; pas la longueur totale)
sphere_area = 4 * math.pi * radius ** 2 # aire de la partie sphère (deux demi-sphères = une sphère ; en cm2 dans cet exemple)
lateral_area = 2 * math.pi * radius * height # aire latérale du cylindre (en cm2 dans cet exemple)
surface_area = sphere_area + lateral_area # aire totale de la capsule (en cm2 dans cet exemple)
print(f"Partie sphère : {sphere_area} cm2")
print(f"Aire latérale du cylindre : {lateral_area} cm2")
print(f"Aire totale de la capsule : {surface_area} cm2")
Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
S = 4πr² + 2πrh
S = 4 \pi r^{2} + 2 \pi r h
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mn>4</mn>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>r</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
</math>
S = 4 pi r^2 + 2 pi r h
4*Pi*r^2 + 2*Pi*r*h
S := 4*Pi*r^2 + 2*Pi*r*h;
S = 4*pi*r^2 + 2*pi*r*h;
S = 4πr^2 + 2πrh
S₁ = 4πr²
S_1 = 4 \pi r^{2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub>
<mo>=</mo>
<mn>4</mn>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</math>
S_1 = 4 pi r^2
4*Pi*r^2
S1 := 4*Pi*r^2;
s1 = 4*pi*r^2;
S_1 = 4πr^2
S₂ = 2πrh
S_2 = 2 \pi r h
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>S</mi><mn>2</mn></msub>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mo>⁢</mo>
<mi>π</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>r</mi>
<mo>⁢</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
</math>
S_2 = 2 pi r h
2*Pi*r*h
S2 := 2*Pi*r*h;
s2 = 2*pi*r*h;
S_2 = 2πrh
S[m²] = S[cm²] ÷ 10000
S_{\mathrm{m^2}} = S_{\mathrm{cm^2}} \div 10000
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>S</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">m</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>S</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">cm</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msub>
<mo>÷</mo>
<mn>10000</mn>
</mrow>
</math>
S_(m^2) = S_(cm^2) -: 10000
sCm2/10000
sM2 := sCm2/10000;
s_m2 = s_cm2/10000;
S(m²) = S(cm²)/10000
Faire faire le calcul par ChatGPT
Vous êtes un assistant de calcul en mathématiques. Faites le calcul suivant en exécutant réellement du code Python, et appuyez votre réponse uniquement sur les nombres obtenus à l’exécution (ne répondez pas de tête ni au jugé). Une capsule (un cylindre terminé par une demi-sphère à chaque bout) a un rayon de 3 cm et une partie cylindrique de 10 cm de haut. Calculez : 1. L’aire de la partie sphère (4πr²) en cm² 2. L’aire latérale du cylindre (2πrh) en cm² 3. L’aire totale de toute la capsule en cm² Montrez les formules utilisées et les nombres obtenus à l’exécution.
Mode d'emploi
-
1Saisissez vos nombresTapez les nombres à calculer dans les champs de saisie
-
2CalculezAppuyez sur le bouton « Calculer »
-
3Lisez le résultatLe résultat s’affiche aussitôt. La même page explique aussi le raisonnement et la formule
Les atouts de DataChef
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