Inserisci i due valori che conosci tra il raggio di base r (il raggio del cerchio di taglio), il raggio della sfera R e l’altezza h. Vengono calcolati il terzo valore e il volume.
Indice
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Cosa puoi fare in questa pagina
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A cosa serve questo calcolo?
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Come si usa
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Formule e figure
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Formula del volume del segmento sferico (dal raggio della sfera e dall’altezza)
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Formula del raggio della sfera \(R\) (dal raggio di base e dall’altezza)
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Formula dell’altezza \(h\) (dal raggio di base e dal raggio della sfera, due risposte)
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Formula del raggio di base \(r\) (dal raggio della sfera e dall’altezza)
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Simboli e termini
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Cosa conviene sapere prima
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Come calcolarlo con Excel
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Come calcolarlo con Fogli Google
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Come calcolarlo con Python
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La formula in LaTeX e in altre notazioni matematiche (da copiare)
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Come chiedere a ChatGPT di fare il calcolo
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I punti di forza di DataChef
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Funzioni correlate
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Tutte le calcolatrici di NumberChef
Cosa puoi fare in questa pagina
- Ottieni subito il volume del segmento sferico a una base, il solido che si ottiene tagliando una sfera con un solo piano. Ha la forma di una cupola o di una ciotola capovolta; la parte curva e rotonda si chiama calotta sferica (nell’uso comune si dice «calotta sferica» anche per il solido)
- Tra il raggio di base \(r\) (il raggio del cerchio di taglio), il raggio della sfera \(R\) e l’altezza \(h\), inserisci i due che conosci e il terzo viene calcolato in automatico
- Se parti dal raggio di base e dal raggio della sfera, le risposte possono essere due, a seconda che il taglio sia sopra o sotto il centro della sfera. In quel caso vengono mostrate entrambe
- Il segmento sferico del risultato è mostrato anche in 3D (trascinalo per ruotarlo). La sfera intera, prima del taglio, è disegnata con linee sottili
- In questa stessa pagina trovi anche una spiegazione semplice delle formule e le formule da copiare per Excel, Fogli Google e Python
A cosa serve questo calcolo?
In un serbatoio sferico per petrolio o gas liquefatto (per esempio GPL), la parte occupata dal liquido ha proprio la forma di un segmento sferico: se misuri la profondità \(h\) del liquido, questa formula ti dice quanto ne resta. Per esempio, se un serbatoio sferico di raggio 2 m contiene liquido fino a 0,5 m di profondità, la quantità è \(\pi \times 0{,}5^2 \times (3 \times 2 - 0{,}5) \div 3 \approx 1{,}44\,\mathrm{m^3}\) (circa 1440 L).
Trasformare in volume la profondità misurata da un sensore è l’uso pratico più tipico di questa formula.
Versa della zuppa, fino a 3 cm di profondità, in una ciotola quasi emisferica di raggio 6 cm. La zuppa ha la forma di un segmento sferico, quindi la quantità è \(\pi \times 3^2 \times (3 \times 6 - 3) \div 3 = 45\pi \approx 141\,\mathrm{cm^3}\) (circa 141 mL).
Una ciotola piena (una semisfera) contiene circa 452 mL, quindi il calcolo mostra che «con metà profondità si ha molto meno di metà quantità» (meno di un terzo). È l’esempio più familiare e aiuta anche a farsi un’idea delle porzioni e delle quantità delle ricette.
Una copertura o un soffitto a cupola si può stimare come un segmento sferico. Per una cupola di 120 m di diametro (cerchio di taglio di raggio 60 m) e 40 m di altezza, la sfera di partenza ha raggio \(R = (40^2 + 60^2) \div (2 \times 40) = 65\,\mathrm{m}\) e lo spazio interno è di circa 260.000 m³.
Questo volume è il punto di partenza per progettare climatizzazione, ventilazione e acustica (le cupole reali non sono sempre segmenti sferici esatti, quindi è solo una stima).
Le piccole gocce appoggiate su una superficie, come una goccia d’acqua su una foglia o una goccia d’inchiostro di una stampante a getto d’inchiostro, assumono quasi la forma di un segmento sferico per effetto della tensione superficiale. Nella ricerca e nella produzione si fotografa la goccia di lato, si misurano il raggio della sua base e la sua altezza e si ricava il volume con questa formula.
Serve anche a valutare quanto un materiale si bagna facilmente (l’angolo di contatto): una formula utile anche a scala microscopica.
La faccia curva di una lente per occhiali o per fotocamere è una parte di superficie sferica (una calotta sferica), e la parte rigonfia ha proprio la forma di un segmento sferico. Questa formula è stata usata a lungo per stimare quanto materiale si toglie levigando una lente e quanto ne serve.
Anche per le forme sottili a cupola, come le lenti a contatto, la relazione tra raggio di base, raggio della sfera e altezza (le formule da 2 a 4 di questa pagina) è la base della progettazione.
Formule e figure
Simboli e termini
Simboli
| \(V\) | vu | La lettera che si usa di solito per il volume, dall’iniziale di «volume». In questa pagina indica il volume del segmento sferico. |
| \(r\) | erre minuscola | Il raggio di base, cioè il raggio del cerchio che si ottiene tagliando la sfera con un piano. Dall’iniziale di «raggio». |
| \(R\) | erre maiuscola | Il raggio della sfera di partenza, l’intera palla prima del taglio. Si scrive in maiuscolo per distinguerlo dal raggio del cerchio di taglio, \(r\) minuscolo. |
| \(h\) | acca | L’altezza del segmento, la distanza dal piano di taglio al punto più alto (la sommità). La lettera h viene dall’inglese «height». |
| \(\pi\) | pi greco | Il rapporto tra la circonferenza di un cerchio e il suo diametro. Vale circa 3,14159… e le sue cifre non finiscono mai. A scuola si usa di solito 3,14. |
| \(\pm\) | più o meno | Un simbolo che indica «ci sono due casi, uno con + e uno con −». In questa pagina mostra che per l’altezza possono esserci due risposte. |
| \(\sqrt{\phantom{a}}\) | radice quadrata (segno di radice) | Il simbolo della radice quadrata (un numero che, elevato al quadrato, dà il numero di partenza). Esempio: \(\sqrt{9} = 3\), perché \(3^2 = 9\). |
| \(\mathrm{cm^3}\) | centimetro cubo | Un’unità di volume. Un cubo di 1 cm di spigolo ha un volume di 1 cm³. Non confonderlo con i cm² (centimetri quadrati), che sono un’unità di area. |
| \(\mathrm{L}\) | litro | Un’unità che si usa molto per la quantità di acqua e di altri liquidi (volume). Vale \(1\,\mathrm{L} = 1000\,\mathrm{cm^3}\) (un cartone di latte da 1 litro contiene proprio 1 L). |
Termini
| segmento sferico a una base | Il solido che si ottiene tagliando una sfera con un solo piano. Ha la forma di una ciotola capovolta. Questa calcolatrice trova il volume di questo solido. |
| calotta sferica | La parte curva e rotonda della superficie di un segmento sferico. Nei libri di testo è la superficie (la sua area è \(2\pi R h\)), mentre il solido è il segmento sferico; nell’uso comune, però, si dice «calotta sferica» anche per il solido. |
| semisfera | Il solido che si ottiene tagliando una sfera con un piano che passa per il centro. È un segmento sferico particolare con altezza = raggio della sfera (\(h = R\)), e il suo volume è esattamente la metà di quello della sfera intera. |
| base | La faccia piana del segmento sferico, cioè il cerchio di taglio. Il raggio di questo cerchio è \(r\). |
| teorema di Pitagora | Il teorema secondo cui, in un triangolo rettangolo, «il quadrato dell’ipotenusa è uguale alla somma dei quadrati dei cateti». Per un segmento sferico vale \(r^2 + (R - h)^2 = R^2\), e ogni formula che ricava uno tra \(r\), \(R\) e \(h\) dagli altri due deriva da qui. |
| radice quadrata | Un numero che, elevato al quadrato, dà il numero di partenza. Le radici quadrate di 9 sono 3 e −3, ma nei calcoli di lunghezza si usa solo quella positiva (\(\sqrt{9} = 3\)). |
| volume | La grandezza di un solido (lo spazio che occupa), espressa con un numero. Si misura contando quanti cubi unitari (per esempio da 1 cm³) ci stanno dentro. |
Cosa conviene sapere prima
Ecco che cosa conviene sapere per usare il calcolo di questa pagina capendolo davvero, e non solo premendo il pulsante.
| Cerchio e pi greco (scuola secondaria di primo grado, 11-14 anni) |
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| Che cos’è il volume e le sue unità (classi 3ª–5ª della primaria, 8-11 anni) |
|
| Potenze ed esponenti (scuola secondaria di primo grado, 11-14 anni) |
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| Volume della sfera (scuola secondaria di primo grado, 11-14 anni) |
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| Radici quadrate (scuola secondaria di primo grado, 11-14 anni) |
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| Il teorema di Pitagora (scuola secondaria di primo grado, 11-14 anni) |
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Come calcolarlo con Excel
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza h | 1 |
| Volume del segmento | =PI.GRECO()*B2^2*(3*B1-B2)/3 |
| Raggio di base r | 1 |
| Altezza h | 0,5 |
| Raggio della sfera R | =(B2^2+B1^2)/(2*B2) |
| Raggio di base r | 1 |
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza (soluzione 1) | =B2-RADQ(B2^2-B1^2) |
| Altezza (soluzione 2) | =B2+RADQ(B2^2-B1^2) |
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza h | 1 |
| Raggio di base r | =RADQ(2*B1*B2-B2^2) |
«PI.GRECO()» è la funzione del pi greco (π) e «RADQ()» è la funzione della radice quadrata. «^» è una potenza (il quadrato), «*» è la moltiplicazione e «/» la divisione.
Nella prima tabella, per esempio, B3 mostra circa 5,24 (cm³ per un raggio di 2 cm e un’altezza di 1 cm). La terza tabella è il caso con due risposte: B3 mostra circa 0,268 e B4 circa 3,732. Ti basta sostituire i numeri dei dati con i tuoi.
Come calcolarlo con Fogli Google
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza h | 1 |
| Volume del segmento | =PI.GRECO()*B2^2*(3*B1-B2)/3 |
| Raggio di base r | 1 |
| Altezza h | 0,5 |
| Raggio della sfera R | =(B2^2+B1^2)/(2*B2) |
| Raggio di base r | 1 |
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza (soluzione 1) | =B2-RADQ(B2^2-B1^2) |
| Altezza (soluzione 2) | =B2+RADQ(B2^2-B1^2) |
| Raggio della sfera R | 2 |
| Altezza h | 1 |
| Raggio di base r | =RADQ(2*B1*B2-B2^2) |
Come calcolarlo con Python
import math
ball_radius = 2 # raggio della sfera R (in questo esempio, in cm)
height = 1 # altezza del segmento h
volume = math.pi * height ** 2 * (3 * ball_radius - height) / 3 # volume del segmento (unità inserita al cubo)
base_radius = math.sqrt(2 * ball_radius * height - height ** 2) # raggio di base r (raggio del cerchio di taglio)
print(f"Volume del segmento: {volume} cm3")
print(f"Raggio di base: {base_radius} cm")
La formula in LaTeX e in altre notazioni matematiche (da copiare)
V = πh²(3R − h)/3
V = \dfrac{1}{3}\pi h^{2}(3R - h)
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>3</mn></mfrac>
<mi>π</mi>
<msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn><mi>R</mi>
<mo>−</mo>
<mi>h</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</math>
V = (1/3) pi h^2 (3R - h)
Pi*h^2*(3*R - h)/3
V := Pi*h^2*(3*R - h)/3;
V = pi*h^2*(3*R - h)/3;
V = (1/3)πh^2(3R - h)
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><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)
Solve[r^2 + (R - h)^2 == R^2, h]
solve(r^2 + (R - h)^2 = R^2, h);
h = [R - sqrt(R^2 - r^2), R + 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)
Come chiedere a ChatGPT di fare il calcolo
Sei un assistente per i calcoli di matematica. Esegui il calcolo seguente eseguendo davvero codice Python e basa la risposta solo sui numeri del risultato dell’esecuzione (non calcolare a mente e non stimare). Una sfera di raggio 2 cm viene tagliata da un piano in modo che il pezzo (un segmento sferico a una base) sia alto 1 cm, misurato dalla sommità. Calcola: 1. Il volume di questo segmento sferico in cm³ (V = π × h² × (3R − h) ÷ 3) 2. Il raggio del cerchio di taglio (la base) in cm (r = √(2Rh − h²)) Mostra le formule che hai usato e i numeri del risultato dell’esecuzione.
Come si usa
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1Inserisci i numeriScrivi nei campi i numeri con cui vuoi fare il calcolo
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2CalcolaFai clic sul pulsante «Calcola»
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3Guarda il risultatoIl risultato compare subito. Nella stessa pagina trovi anche lo svolgimento del calcolo e la spiegazione della formula
I punti di forza di DataChef
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Nessuna autorizzazione preventiva necessaria