Der Orangen-Versuch
Eine Orange ist fast eine Kugel, ihre Schale ist die Oberfläche. Die Schale lässt sich mit Kreisen vergleichen, die denselben Radius \(r\) wie die Orange haben.
- Großkreis:Schnitt durch den Mittelpunkt der Kugel — ein Kreis mit Radius \(r\) und Fläche \(\pi r^2\).
- Vorbereiten:mit der Orange als Schablone mehrere Großkreise auf Papier zeichnen.
- Auslegen:die Orange schälen und die Kreise mit den Schalenstücken lückenlos füllen, einen nach dem anderen.
Tippe ein Schalenstück an, um es in den nächsten Kreis zu legen. Ziehe die Orange zur Seite, um sie zu drehen — mit der Tastatur drehen die Pfeiltasten, Enter legt das markierte Stück. Zähle mit, wie viele Kreise du füllst.
Halte fest: Die Schale füllt genau vier Großkreise — die Oberfläche der Kugel ist viermal so groß wie die Fläche \(\pi r^2\).
Oberfläche und Volumen
Mit dem Kugelvolumen aus 1.3.1 lässt sich die Vier auch rechnerisch begründen.
- Zerlegen:die Kugel in sehr viele dünne Pyramiden teilen — Spitze im Mittelpunkt, Grundfläche auf der Oberfläche.
- Höhe:jede dieser Pyramiden hat die Höhe \(r\); zusammen bilden die Grundflächen die Oberfläche \(O\).
Herleitung:
Oberfläche der Kugel: \(O=4\pi r^2\)
- Radius gesucht:\(O=4\pi r^2\) durch \(4\pi\) teilen und die Wurzel ziehen: \(r=\sqrt{\dfrac{O}{4\pi}}\).
- Radius verdoppeln:die Oberfläche wird \(2^2=4\)-mal, das Volumen \(2^3=8\)-mal so groß.
- Halbkugel:gewölbte Fläche \(2\pi r^2\); mit dem ebenen Grundkreis zusammen \(3\pi r^2\).
Allgemeine Hinweise
Quadrat, nicht hoch drei
Die Oberfläche ist eine Fläche: \(r^2\) und Einheit cm². Das Volumen \(\tfrac43\pi r^3\) hat cm³ — die Einheit verrät die richtige Formel.
Radius, nicht Durchmesser
Ist der Durchmesser \(d\) gegeben, zuerst halbieren: \(r=\tfrac d2\). Erst dann quadrieren.
Mit dem Durchmesser rechnen
Wegen \(4\pi r^2=\pi\cdot(2r)^2\) gilt auch \(O=\pi d^2\) — praktisch, wenn \(d\) gemessen wurde.
