Vul de drie halve assen \(a\), \(b\) en \(c\) van de ellipsoïde in (de lengte van het middelpunt tot het oppervlak). Je ziet de oppervlakte \(O\) (formule van Thomsen) en de omrekening naar m² als je in cm invult.
Inhoudsopgave
-
Wat je op deze pagina kunt doen
-
Waarvoor is deze berekening handig?
-
Zo werkt het
-
Formules en figuren
-
Symbolen en begrippen
-
Handig om vooraf te weten
-
Berekenen met Excel
-
Berekenen met Google Spreadsheets
-
Berekenen met Python
-
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
-
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
-
Kenmerken van DataChef
-
Gerelateerde functies
-
Alle rekenmachines van NumberChef
Wat je op deze pagina kunt doen
- Vul de drie halve assen \(a\), \(b\) en \(c\) in (de lengte van het middelpunt tot het oppervlak) en je ziet meteen de oppervlakte van de ellipsoïde (berekend met de veel gebruikte formule van Thomsen)
- Het resultaat wordt ook als 3D-figuur getekend die je met de muis kunt draaien, zodat je in één oogopslag ziet welke lengte bij welke richting hoort
- Vul je in de drie velden dezelfde lengte in, dan werkt het ook voor de oppervlakte van een bol (\(O = 4\pi r^2\)). Dan komt het precies overeen met de exacte waarde, niet alleen bij benadering
- De omrekening naar vierkante meter (m²) staat er ook bij als je in cm hebt ingevuld
- Een heldere uitleg van de formules en formules om te kopiëren voor Excel, Google Spreadsheets en Python vind je ook op deze pagina
Waarvoor is deze berekening handig?
De aarde is door de middelpuntvliedende kracht van de draaiing een licht afgeplatte omwentelingsellipsoïde. Vul je de evenaarsstraal van ongeveer 6.378 km en de poolstraal van ongeveer 6.357 km in deze formule in, dan krijg je een oppervlakte van ongeveer \(5{,}10 \times 10^8\,\mathrm{km^2}\) (ongeveer 510 miljoen km²), in goede overeenstemming met de waarde in naslagwerken.
Dat “ongeveer 71% van het aardoppervlak oceaan is” en schattingen van de hoeveelheid atmosfeer en oceaan beginnen bij deze oppervlakte. Het is een formule die werkelijk wordt gebruikt voor de oppervlakte van hemellichamen die geen perfecte bol zijn.
Een kippenei lijkt op een ellipsoïde. Een ei van ongeveer 6 cm lang en 4,5 cm dik heeft halve assen van \(3 \times 2{,}25 \times 2{,}25\,\mathrm{cm}\) en een oppervlakte van ongeveer \(78\,\mathrm{cm^2}\).
Hoeveel chocolade je nodig hebt om een eivormig snoepje te bedekken, de oppervlakte om te verven of te bedrukken en het formaat van krimpfolie: de hoeveelheid materiaal die iets bedekt, schat je met de oppervlakte (een echt ei is geen perfecte ellipsoïde, dus het blijft een richtwaarde).
Het lichaam van een luchtschip wordt ontworpen als een langgerekte omwentelingsellipsoïde. Zie je een luchtschip van 75 m lang en 14 m doorsnede als een ellipsoïde met halve assen van \(37{,}5 \times 7 \times 7\,\mathrm{m}\), dan is de oppervlakte ongeveer \(2.610\,\mathrm{m^2}\). Dat is bruikbaar als eerste schatting van de hoeveelheid doek en verf voor de huid.
De oppervlakte hangt direct samen met luchtweerstand (wrijving) en warmte-uitwisseling, en is dus een van de eerste grootheden die je bij het ontwerp van voertuigen en koepels vastlegt (in een gedetailleerd ontwerp wordt het vervangen door een berekening met de echte vorm).
Watermeloenen en meloenen lijken op een ellipsoïde, dus uit de afmetingen van de vrucht kun je met deze formule de oppervlakte schatten. Een watermeloen met halve assen van \(12 \times 10 \times 10\,\mathrm{cm}\) heeft een oppervlakte van ongeveer \(1.430\,\mathrm{cm^2}\) (ongeveer 0,14 m²).
Dat helpt bij het kiezen van de maat van een fruitzakje, de hoeveelheid eetbare was of coating en de hoeveelheid inpakmateriaal die je bestelt: alles om “het oppervlak van de vrucht te bedekken”.
Een rugbybal lijkt op een langgerekte omwentelingsellipsoïde. Een bal van ongeveer 30 cm lang en 19 cm breed heeft halve assen van \(15 \times 9{,}5 \times 9{,}5\,\mathrm{cm}\) en een oppervlakte van ongeveer \(1.590\,\mathrm{cm^2}\).
Een bal wordt gemaakt door vier panelen aan elkaar te naaien, dus je schat ongeveer 400 cm² materiaal per paneel (naadtoeslag en bolling reken je er apart bij). Het is de eerste stap bij het uitrekenen van materiaal voor gebogen producten.
Formules en figuren
Symbolen en begrippen
Symbolen
| \(O\) | o | Een veelgebruikt symbool voor oppervlakte (in het Nederlands de “O”). Op deze pagina staat het voor de oppervlakte van de ellipsoïde. |
| \(a,\ b,\ c\) | a, b en c | De lengtes van de halve assen van de ellipsoïde in drie richtingen. Het zijn alle drie “de lengte van het middelpunt tot het oppervlak”, zoals de straal bij een bol: de helft van de lengte van uiteinde tot uiteinde (de as). |
| \(\pi\) | pi | De verhouding tussen de omtrek en de diameter van een cirkel. Het getal \(3{,}14159265\ldots\) gaat eindeloos door zonder zich te herhalen (een irrationaal getal). De 3,14 die je op de basisschool gebruikt is een afronding. |
| \(\approx\) | ongeveer gelijk aan | Een teken dat betekent dat de waarden links en rechts “ongeveer gelijk” zijn. Omdat de formule van Thomsen een benaderingsformule is, verbind je de twee kanten niet met een gelijkteken (=) maar met dit teken. |
| \(x^{1{,}6}\) | x tot de macht 1,6 | Een macht met een decimale exponent (het kleine getal rechtsboven). \(x^{1{,}6} = x^{\frac{8}{5}}\), dus “de vijfdemachtswortel van \(x\) tot de achtste macht”. Je leert dit in de bovenbouw van havo en vwo. Met de hand rekenen is lastig, maar met een wetenschappelijke rekenmachine, Excel of Python is het eenvoudig. |
| \(r\) | er | De straal van de bol, van “radius”. Een bol is een ellipsoïde waarvan de drie halve assen allemaal \(r\) zijn. |
| \(\mathrm{cm^2}\) | vierkante centimeter | Een eenheid van oppervlakte. Een vierkant van 1 cm bij 1 cm heeft een oppervlakte van 1 cm². Spreek het uit als “vierkante centimeter” en verwar het niet met cm³ (kubieke centimeter) voor inhoud. |
| \(\mathrm{m^2}\) | vierkante meter | Een eenheid van oppervlakte. Een vierkant van 1 m (= 100 cm) bij 1 m heeft een oppervlakte van 1 m², en \(1\,\mathrm{m^2} = 10.000\,\mathrm{cm^2}\). |
Begrippen
| ellipsoïde | Een ellips in drie dimensies: een gladde, eivormige ruimtelijke figuur. Elke doorsnede is een ellips (of een cirkel). Een rugbybal of een watermeloen lijkt erop. |
| halve as | De lengte van het middelpunt van een ellipsoïde tot het oppervlak, gemeten in drie symmetrische richtingen (loodrecht op elkaar). De grootte en de vorm van de ellipsoïde liggen met deze drie lengtes vast. Een halve as is de helft van de hele as (van uiteinde tot uiteinde). |
| oppervlakte | De grootte van het hele buitenoppervlak van een ruimtelijke figuur. Het is de oppervlakte van de “huid” die de figuur omhult als je die openknipt en plat legt, en je geeft het in een eenheid van oppervlakte zoals cm² of m². |
| benaderingsformule | Een formule die in plaats van de exacte waarde een waarde berekent die er voldoende dichtbij ligt, met een eenvoudige berekening. Voor grootheden die moeilijk exact te berekenen zijn, zoals de oppervlakte van een ellipsoïde, worden in de praktijk vaak benaderingsformules gebruikt. |
| formule van Thomsen | Een benaderingsformule voor de oppervlakte van een ellipsoïde, in 2004 voorgesteld door de Deen Knud Thomsen. Met de exponent 1,6 blijft de fout voor elke vorm ongeveer ±1,06% of kleiner, en de formule wordt wereldwijd in rekenwebsites en in de praktijk als standaard gebruikt. |
| elliptische integraal | Een integraal van universitair niveau die verschijnt als je de oppervlakte van een ellipsoïde of de omtrek van een ellips exact wilt bepalen. Het antwoord is niet op te schrijven met gewone formules (de vier hoofdbewerkingen, machten en wortels), dus in de praktijk gebruikt men benaderingsformules of numerieke berekeningen. |
| bol | Een bijzondere ellipsoïde waarvan de drie halve assen allemaal gelijk zijn. Een ruimtelijke figuur die er uit elke richting als een cirkel van dezelfde grootte uitziet. De oppervlakte is \(O = 4\pi r^2\). |
| omwentelingsellipsoïde | De figuur die ontstaat als je een ellips om een van haar assen laat wentelen. Twee van de drie halve assen zijn dan gelijk. Een rugbybal (langgerekt) en een mandarijn (afgeplat) horen hierbij, en ook de aarde is een licht afgeplatte omwentelingsellipsoïde. |
Handig om vooraf te weten
Dit zijn de dingen die handig zijn om vooraf te weten, zodat je de berekening op deze pagina met begrip gebruikt en niet alleen op de knop drukt.
| Vermenigvuldigen en machten (het kwadraat) (groep 4 tot klas 1, 7-13 jaar) |
|
| Oppervlakte: betekenis en eenheden (groep 5-7, 8-11 jaar) |
|
| Pi (groep 8 en klas 1, 11-13 jaar) |
|
| Oppervlakte van een bol (klas 2-3, 13-15 jaar) |
|
| Machten met een decimale exponent (bovenbouw havo en vwo, 15-18 jaar) |
|
Berekenen met Excel
| Lengte van halve as a | 10 |
| Lengte van halve as b | 5 |
| Lengte van halve as c | 8 |
| Oppervlakte van de ellipsoïde | =4*PI()*(((B1*B2)^1,6+(B1*B3)^1,6+(B2*B3)^1,6)/3)^(1/1,6) |
| Straal | 3 |
| Oppervlakte van de bol | =4*PI()*B1^2 |
| Oppervlakte in cm² | 25000 |
| Oppervlakte in m² | =B1/10000 |
In een formule betekenen “B1” en “B2” dat het getal uit die cel wordt gebruikt, “*” is vermenigvuldigen, “/” is delen, “^” is een macht (hoe vaak je vermenigvuldigt; ook een decimaal getal zoals 1,6 kan) en “PI()” is de functie die pi geeft.
In de eerste tabel staat bijvoorbeeld in B4 ongeveer 730,87 (cm², want je vult cm in). De tweede tabel geeft in B2 ongeveer 113,10 en de derde tabel in B2 de waarde 2,5. Vervang de invoergetallen door je eigen lengtes en je kunt de tabellen meteen gebruiken.
Berekenen met Google Spreadsheets
| Lengte van halve as a | 10 |
| Lengte van halve as b | 5 |
| Lengte van halve as c | 8 |
| Oppervlakte van de ellipsoïde | =4*PI()*(((B1*B2)^1,6+(B1*B3)^1,6+(B2*B3)^1,6)/3)^(1/1,6) |
| Straal | 3 |
| Oppervlakte van de bol | =4*PI()*B1^2 |
| Oppervlakte in cm² | 25000 |
| Oppervlakte in m² | =B1/10000 |
Berekenen met Python
import math
a = 10 # lengte van halve as a (in dit voorbeeld in cm; van het middelpunt tot het oppervlak)
b = 5 # lengte van halve as b (in dezelfde eenheid als a)
c = 8 # lengte van halve as c (in dezelfde eenheid als a en b)
# formule van Thomsen (exponent p = 1.6). "**" is het teken voor een macht
p = 1.6
mean = ((a * b) ** p + (a * c) ** p + (b * c) ** p) / 3
surface_area = 4 * math.pi * mean ** (1 / p) # oppervlakte van de ellipsoïde (kwadraat van de ingevulde eenheid, in dit voorbeeld cm2)
surface_area_m2 = surface_area / 10000 # oppervlakte omgerekend naar m2 (als je in cm hebt ingevuld)
print(f"Oppervlakte van de ellipsoïde: {surface_area} cm2")
print(f"Omgerekend naar m2: {surface_area_m2} m2")
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
O \approx 4\pi \left( \dfrac{(ab)^{1.6} + (ac)^{1.6} + (bc)^{1.6}}{3} \right)^{\frac{1}{1.6}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>O</mi>
<mo>≈</mo>
<mn>4</mn>
<mi>π</mi>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup><mrow><mo>(</mo><mi>a</mi><mi>b</mi><mo>)</mo></mrow><mn>1.6</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mo>(</mo><mi>a</mi><mi>c</mi><mo>)</mo></mrow><mn>1.6</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mi>c</mi><mo>)</mo></mrow><mn>1.6</mn></msup>
</mrow>
<mn>3</mn>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>1.6</mn></mrow>
</msup>
</mrow>
</math>
O ~~ 4 pi (((a b)^1.6 + (a c)^1.6 + (b c)^1.6)/3)^(1/1.6)
4 Pi (((a b)^1.6 + (a c)^1.6 + (b c)^1.6)/3)^(1/1.6)
O := 4*Pi*(((a*b)^1.6 + (a*c)^1.6 + (b*c)^1.6)/3)^(1/1.6);
O = 4*pi*(((a*b)^1.6 + (a*c)^1.6 + (b*c)^1.6)/3)^(1/1.6);
O ≈ 4π(((ab)^1.6 + (ac)^1.6 + (bc)^1.6)/3)^(1/1.6)
O = 4πr²
O = 4\pi r^{2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>O</mi>
<mo>=</mo>
<mn>4</mn>
<mi>π</mi>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</math>
O = 4 pi r^2
4 Pi r^2
O := 4*Pi*r^2;
O = 4*pi*r^2;
O = 4πr^2
O[m²] = O[cm²] ÷ 10000
O_{\mathrm{m^2}} = O_{\mathrm{cm^2}} \div 10000
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>O</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">m</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>O</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">cm</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msub>
<mo>÷</mo>
<mn>10000</mn>
</mrow>
</math>
O_(m^2) = O_(cm^2) -: 10000
sCm2/10000
sM2 := sCm2/10000;
s_m2 = s_cm2/10000;
O(m²) = O(cm²)/10000
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
Je bent een assistent voor rekenen en wiskunde. Voer de volgende berekening uit door echt Python-code te draaien en baseer je antwoord alleen op de getallen uit het resultaat van de uitvoering (niet uit je hoofd rekenen en niet gokken). Een ellipsoïde heeft halve assen a = 10 cm, b = 5 cm en c = 8 cm (een halve as is de lengte van het middelpunt tot het oppervlak). Bereken de volgende waarden: 1. De oppervlakte van deze ellipsoïde in cm². Gebruik de formule van Thomsen: O = 4 × π × (((a×b)^1,6 + (a×c)^1,6 + (b×c)^1,6) / 3)^(1/1,6) 2. Die oppervlakte omgerekend naar vierkante meter (m²) Geef de formules die je hebt gebruikt en de getallen uit het resultaat van de uitvoering weer.
Zo werkt het
-
1Vul je getallen inTyp de getallen waarmee je wilt rekenen in de invoervelden
-
2BerekenKlik op de knop “Berekenen”
-
3Bekijk het resultaatHet resultaat verschijnt meteen. Op dezelfde pagina vind je ook de uitwerking van de berekening en de uitleg van de formule
Kenmerken van DataChef
Geen voorkennis nodig – intuïtieve en eenvoudige bediening
Zonder persoonlijke gegevens op te geven
Bestand wordt automatisch verwijderd zodra je op "Downloaden" klikt
Geen bronvermelding vereist
Geen toestemming vooraf nodig