x
Učitavanje

10.1 Valjak

Europska unija, Zajedno do fondova EU
Sadržaj jedinice
Povećanje slova
Smanjenje slova
Početna veličina slova Početna veličina slova
Visoki kontrast
a Promjena slova
  • Verdana
  • Georgia
  • Dyslexic
  • Početni
Upute za korištenje

Na početku...

 ​

Shematski prikaz podjele geometrijskih tijela na obla i uglata.
S uglatim geometrijskim tijelima već smo se upoznali. Baza i plašt prizme jesu konveksni mnogokuti. Upoznajmo se sada s njezinim analogonom čija je baza krug.

Konveksno geometrijsko tijelo je omeđeni dio prostora čije spojnice bilo kojih dviju njegovih točaka pripadaju tom tijelu.

Rotacijska tijela su tijela koja nastaju rotacijom krivulje (geometrijskog lika) oko zadane osi rotacije.

Definicija valjka

Pogledajte u sljedećoj interaktivnoj vježbi što se događa s pravilnom n -terostranom prizmom kojoj povećavamo broj bridova baze (pravilnog mnogokuta). U lijevom prozoru s pomoću klizača mijenjajte veličinu brida ( a ) i broj bridova ( n ) . U desnom prozoru možete mijenjati visinu prizme pomicanjem gornje baze. Cijelu prizmu možete horizontalno pomicati pomicanjem baze (mnogokuta) u lijevom prozoru. Smanjite veličinu brida baze, a povećajte broj bridova do maksimuma. Što ste dobili? Na što vas podsjeća dobiveno geometrijsko tijelo?

Povećaj ili smanji interakciju

Zadatak 1.

Ponovimo definiciju prizme.

 Prizma je geometrijsko tijelo omeđeno s n -terokuta koje nazivamo i s  n   paralelograma,  prizme. Sve pobočke zajedno čine  prizme.

null
null

Promatrajući prethodnu interakciju intuitivno možemo zaključiti da za jako veliki n i zanemarivo malu duljinu stranice a naš mnogokut „postajeˮ krug te plašt više nema bridove, nego postaje valjkasta ploha. Prizma se pretvara u novo geometrijsko tijelo koje nazivamo valjak. Pogledajmo interakciju.

Povećaj ili smanji interakciju

Prema analogiji s prizmom definirajmo valjak.  

Uspravni i kosi valjak

Valjak je najmanji konveksni skup koji sadržava dva paralelna sukladna kruga.

Valjak je geometrijsko tijelo omeđeno s

 
usporedna sukladna kruga koja nazivamo
 
valjka, te valjkastom plohom koju nazivamo
 
valjka. Pravac koji prolazi središtem baza jest
 
. Ako je os valjka okomita na ravnine baza, valjak je
 
, inače je
 
valjak.

dva
 uspravan
plaštem
 os valjka
kosi
baze

null
null

Kutak za znatiželjne

Neka su zadane jedna dužina i elipsa. Elipsa je određena dvama žarištima udaljenima od središta elipse za duljinu e . Postavimo li jednu krajnju točku dane dužine u središte elipse, a elipsu pomičemo danom dužinom, dobiveni skup točaka u prostoru nazivamo valjak. Polumjeri elipse jesu polumjeri valjka. Dana dužina jest izvodnica valjka, a udaljenost između dviju najudaljenijih dobivenih elipsa jest visina valjka. Elipsa sa središtem u početnoj točki izvodnice naziva se baza valjka. Skup točaka svih elipsa bez početne i završne (elipse sa središtem u krajevima dane dužine) nazivamo plašt valjka. Ako je baza elipsa, valjak nazivamo eliptični, a ako je krug, valjak je kružni.

U sljedećoj interakciji konstruirajte valjak pomičući točku po danoj dužini – izvodnici. Možete mijenjati udaljenost žarišta od središta elipse, e . Ako su njihove udaljenosti jednake nuli, elipsa postaje kružnica. Možete mijenjati i veličinu elipse, odnosno polumjer kružnice, r . Poigrajte se interakcijom i istražite mogućnosti koje ona  nudi.

Zanimljivost

  • Euklid u XI. knjizi svojih Elemenata definira valjak polazeći od rotacije pravokutnika oko jedne od njegovih stranica. ​
  • Pojam valjkaste plohe definira se poslije i to kao gibanje izvodnice po nekoj krivulji.
Povećaj ili smanji interakciju

Mreža valjka

U animaciji pogledajte kako nastaje valjak, odnosno što čini mrežu valjka.

Mreža valjka

Zadatak 2.

Dan je uspravan valjak visine h i polumjera baze r . Odgovorite na sljedeća pitanja o mreži valjka. Ako za neko pitanje niste sigurni u odgovor, još jedanput pogledajte animaciju.

  1. Mreža valjka sastoji se od geometrijska lika.
    null
    null
  2. Baza je , a plašt je  .

    null
    null
  3. Na prazne crte, odnosno iza jednakosti posložite ponuđene izraze.


     

    Na slici je mreža valjka s predviđenim prostorom za povlačenje oznaka i formula.

    r

    h

    2 r π h

    r 2 π

    2 r π

     

     

Površinu baze (kruga) označit ćemo s B .

Površinu plašta (pravokutnika) označit ćemo s P .

Praktična vježba

Pokušajte sami napraviti mrežu valjka. Nakon što ste pripremili pravokutnik čija je jedna stranica jednaka duljini kružnice, nacrtajte najkraći put između dviju najudaljenijih točaka pravokutnika. To je njegova dijagonala. Nakon što mrežu savijete u valjak, pogledajte putanju najkraćeg puta. Istražite više o toj spojnici koju nazivamo zavojnica ili cilindrična spirala. Više zanimljivosti potražite u matematičkom časopisu MiŠ (br. 18/2013.).

Određivanje elemenata valjka

Dijelovi valjka

 ​

Presijecite valjak ravninom koja sadržava os valjka. Nacrtajte taj presjek.

Koji geometrijski lik dobijemo kada valjak presječemo ravninom koja sadržava os valjka, odnosno promjere krugova baze?

null
null

Takav presjek nazivamo osni presjek.

  Je li presjek isti geometrijski lik ako je valjak uspravan ili kos?

null
null

Koji je osni presjek moguć ako je valjak uspravan?

(Moguće je više odgovora.)

null
null

Valjak kojem je osni presjek kvadrat naziva se jednakostraničan valjak.

Pogledajte osni presjek kosog valjka (paralelogram) u sljedećoj interakciji.

Uočite kada je kut izvodnice i promjera baze valjka (šiljasti kut paralelograma) najmanji. Odaberite alat za pomicanje te pomičite označenu točku i promatrajte kako se mijenja taj kut. U kojem je položaju ravnina osnog presjeka u odnosu prema ravnini baze valjka kada je kut presjeka najmanji? U kojem se položaju dobije pravi kut?

Povećaj ili smanji interakciju

Zadatak 3.

 Pokušajte sada odgovoriti na sljedeća pitanja o osnom presjeku valjka.

  1. Jesu li svi osni presjeci sukladni?

    null
    null
  2. Ako je osni presjek (paralelogram) okomit na ravninu baze, njegov je pripadajući manji kut:

    null
    null
  3. Osni presjek kojem izvodnica s bazom zatvara najmanji kut naziva se karakteristični presjek valjka.

    Može li se dobiti kao osni presjek pravokutnik?

    null
    null
  4. U kojem su položaju ravnine koje sadržavaju karakteristični presjek valjka i osni presjek kojem je izvodnica okomita na promjer?

    null
    null

Zadatak 4.

Iz valjka polumjera 15 cm izvađen je valjak polumjera 6 cm (sa zajedničkim središtem baza). Manjem je valjku osni presjek 180 cm . Izračunajte osni presjek i površinu baze šupljeg valjka.

v = 180 6 = 30 cm

Osni presjek velikog valjka iznosi 450 cm 2 pa je osni presjek šupljeg valjka 270 cm 2 .

Površina baze je površina kružnog vijenca: B = r 1 2 - r 2 2 π = 189 π .


Zadatak 5.

Kosom valjku karakterističan je presjek romb stranice a = 8 cm i šiljastog kuta α = 60 ° . Izračunajte visinu kosog valjka te površinu baze.

Osni presjek kosog valjka u kojem je istaknut pravokutni trokut.

r = a 2 = 4 cm B = 16 π cm 2   ​

Uočite pravi kut na slici. Prema definiciji sinusa dobijemo visinu.

sin α = v a v = a · sin α = 4 3 cm


Oplošje valjka

Zadatak 6.

Kojom formulom računamo oplošje prizme kojoj je površina baze B te površina plašta P ?

O = 2 B + P   ​


Zadatak 7.

Prisjetite se interakcije u kojoj smo od prizme dobili valjak. Što znamo o njihovim oplošjima?

Vrijedi li ista formula za oplošje valjka?

null
null

Neka je​ B P površina baze četverostrane pravilne prizme stranice x i visine h , B površina baze valjka polumjera x i visine h te P P i P površine plašta prizme, odnosno valjka. Uparite točne izraze.

P p   ​
2 x π h   ​
P  
x 2 π  
B
x 2  
B P  
4 h x   ​
null
null

Za razliku od prizme, valjak uvijek ima istu bazu pa je zato i formula za računanje oplošja ista za svaki valjak. Uvrštavanjem prethodnog izraza u formulu za oplošje O = 2 B + P   ​dobije se formula za računanje oplošja valjka.

Oplošje uspravnog valjka polumjera baze r i visine h   jednako je O = 2 r π r + h .

Primjer 1.

Izvedimo formulu za oplošje jednakostraničnog valjka ako imamo zadan polumjer baze r .

Jednakostraničnom valjku osni je presjek kvadrat pa vrijedi 2 r = h . U formuli za oplošje valjka prikažimo h s pomoću r .

Oplošje jednakostraničnog valjka za dani r računamo formulom: O = 6 r 2 π .

Zadatak 8.

Izvedite formulu za oplošje jednakostraničnog valjka ako je zadana visina valjka h .

Dovoljno je u formulu dobivenu u prethodnom primjeru uvrstiti r = h 2 .

O = 3 2 h 2 π


Zadatak 9.

Za dane elemente valjka potražite pripadajuća rješenja.

  1. Odredite visinu uspravnog valjka ako je površina baze B = 144 π cm 2 , a oplošje  O = 588 π cm 2 .

    null
  2. Neka je jednakostraničnom valjku površina baze jednaka  B = 625 π cm 2 . Izračunajte oplošje valjka.

    null
  3. Koliko je oplošje valjka kojem je promjer baze 5 cm 3.5 cm visina ?

    null
  4. Jednakostraničnom valjku površina je osnog presjeka 144 cm 2 . Izračunajte oplošje valjka.

     

    null
  5. Uspravni valjak s promjerom baze  11 cm ima oplošje O = 104.5 π cm 2 . Koliko je visok valjak?

    null

Obujam valjka

Prema analogiji s obujmom prizme, izvest ćemo formulu za obujam valjka.

Zadatak 10.

Kojom formulom računamo obujam prizme kojoj je površina baze B te visina h ?

V = B · h  


Zanimljivost

Karikatura Arhimeda
Arhimed (oko 287. – 212. pr. Krista), grčki fizičar, astronom i matematičar

Stari Babilonci i Egipćani su obujam valjka računali približno. Točnu formulu za obujam, te za površinu plašta, prvi je izračunao Arhimed.

Zadatak 11.

Dokažite formulu za obujam valjka u tri koraka.

(tekst: formula × 3 )

  • Na kraju uvrstimo formulu za površinu baze valjka:
  • Obujam geometrijskog tijela s dvije usporedne baze jest:
  • V = r 2 π h .
  • Najprije napišimo formulu za površinu baze:
  • V = B · h .
  • B = r 2 π .
null
null

Obujam valjka polumjera baze r i visine h   jednak je V = r 2 π h .

Zadatak 12.

Odredite obujam jednakostraničnog valjka ako mu je polumjer baze r .

Izračunajte obujam i oplošje jednakostraničnog valjka visine 6   dm .

Za jednakostranični valjak vrijedi: h = 2 r V = r 2 π h = r 2 π · 2 r = 2 r 3 π .

h = 6 dm r = 3 dm V = 54 dm 3


Zadatak 13.

U sljedećoj interakciji odredite nepoznati element valjka s pomoću formule za obujam valjka. U svakom zadatku izračunajte i oplošje valjka.

Povećaj ili smanji interakciju

Modeliranje problemskih zadataka s valjkom

Zadatak 14.

Lijevi valjak je promjera i visine 10 cm, a desni valjak promjera 7 cm i visine 20 cm.

  1. U koju posudu stane više tekućine?

    null
    null
  2. Obujam je lijeve (zelene) posude V =   π cm 3 , što je  zaokruženo na jednu decimalu​ dl .
    Obujam je desne (narančaste) posude V =   π cm 3 , što je zaokruženo na jednu decimalu dl .
    null
    null
  3. Želite posude oblijepiti reklamnom folijom. Za koju će posudu biti potrebno više folije?

    null
    null
  4. Da bi se oblijepila lijeva posuda, potrebno je π cm 2 folije. Da bi se oblijepila desna posuda, potrebno je   π cm 2 folije.
    null
  5. Potrebno je napraviti podmetače od stiropora visoke 4 cm i 1 cm šire od ruba posuda. Koliki moraju biti promjeri obaju podmetača? Za lijevu (zelenu) posudu potreban je podmetač promjera cm , a za desnu (narančastu) posudu cm .
  6. Koliko je potrebno stiropora za oba podmetača ako je gustoća stiropora koji vam je na raspolaganju 20 kg/m 3 ? Veza između volumena (u m 3 ) i mase (u kg ) nekog materijala dana je formulom m = ρ · V .
    Veći podmetač ima volumen V 1 = π cm 3 , a manji  ​ V 2 =   π cm 3 . Ukupni volumen obaju podmetača iznosi​   π cm 3 , što je zaokruženo na dvije decimale V =   cm 3 . ​

    Pomoć:

    Polumjer većeg podmetača iznosi 6 cm , a manjeg 4.5 cm i visina im je 4 cm .

     

  7. Koja je količina stiropora potrebna za oba podmetača?

    Pomoć:

    Pripazite na mjerne jedinice!

Povezani sadržaji

Na slici je fasada zgrade obložena stiroporom.
Izvor: pixabay.com

Znate li što je stiropor ili ekspandirani polistiren? S nastavnicima kemije istražite svojstva tog materijala koji je u posljednje vrijeme popularan kao dobar izolacijski materijal, posebno za vanjske zidove zgrada. Je li ekološki prihvatljiv materijal? Istražite je li i vaš stambeni prostor toplinski izoliran. Koja se debljina stiropora preporučuje s obzirom na namjenu i eventualno podneblje u kojem živite?

Potražite vanjske stručnjake i zatražite od njih da vam u školi održe predavanje o primjeni stiropora, energetskoj učinkovitosti i ekološkoj prihvatljivosti tih materijala.

Izradi vježbu

Umjetnost od stiropora (glave oblikovane od stiropora).
Izvor: pixabay.com

Jeste li uočili reklame izrađene od stiropora? Potražite na internetu ideje i sami izradite geometrijske oblike s pomoću stiropora, s unaprijed zadanim dimenzijama. Pokažite svoju kreativnost u povodu obilježavanja nekih dana u školi ili sredini u kojoj živite. Predstavite neki svoj projekt s pomoću stiropora.

Zadatak 15.

Slika valjka za kolače

Za pripremu kolača upotrebljava se šuplji valjak koji se napuni toplom vodom ako se priprema dizano tijesto ili hladnom za prhko tijesto za kekse. Trebate napuniti valjak vodom. Koliko vode stane u valjak koji je dugačak 500   mm   i širok 75   mm ? Svaka je ručkica dugačka 50   mm . Debljina stijenke valjka iznosi 2.5   mm .

Za izračunavanje volumena tekućine potrebni su visina i polumjer. Za visinu valjka oduzmite od ukupne duljine valjka dvije ručkice ( 2 × 50 ) i debljinu stijenke na oba kraja valjka ( 2 × 2.5 ). Od promjera valjka oduzmimo debljinu stijenke ( 2 × 2 . 5 ) i raspolovimo za polumjer baze.

h = 395 mm = 3.95 dm

r = 35 mm = 0.35 dm

V = r 2 π h = 1.52 dm 3 = 1.52 l  

U valjak stane oko 1.5 l vode.


Zadatak 16.

Cisterna
Izvor: pixabay.com

Cisterna s vodom može odjedanput dopremiti oko 13 000 l vode. Vanjske mjere cisterne iznose: duljina oko 6800 mm , a promjer je oko 1600 mm .

  1. Stane li 13 000  litara vode u cisternu u obliku valjka danih dimenzija?

    null
    null
  2. Cisterna dovozi pitku vodu u zgradu sa 16 stanova. Stanarima se voda prelijeva u velike spremnike u obliku kvadra. Koliko će litara vode dobiti svaka obitelj u jednoj vožnji?
    Spremište za vodu u obliku kvadra
    litara vode.
    null
    null
  3. Svaka obitelj ima 4 spremnika vode. Koje su minimalne dimenzije spremnika potrebne da bi sva količina dopremljene vode stala u te spremnike?

    (duljina × širina × visina u cm )

    null
    null
  4. Koja je minimalna površina prostora potrebna da bi se uskladištila takva četiri spremnika (u m 2 )?​ m 2   ​

    Pomoć:

    Izračunajte površinu baze svih spremnika.

    null
  5. Kada bi spremnici bili u obliku kocke, kolika bi trebala biti duljina brida spremnika u centimetrima?

     

    null
  6. Za te je spremnike potreban prostor od najmanje m 2 .

    null
    null

...i na kraju

Znate li sličan analogon piramidi, koja vam je već poznata?

Riječ je o stošcu, geometrijskom tijelu s kojim ćemo se upoznati u sljedećoj jedinici.

Prije toga provjerite jeste li naučili elemente valjka i svladali računanje nepoznatih elemenata valjka.

PROCIJENITE SVOJE ZNANJE

1

Koje su tvrdnje točne za valjak?

null
2
Mreža valjka sastoji se od  geometrijska lika. Ono što je za prizmu konveksni mnogokut, za valjak je . Valjkastu plohu čini   .
3

 Postavite nazive elemenata valjka na crtu gdje pripadaju.


Valjak i osni presjek valjka s predviđenim mjestom za povlačenje naziva - elemenata valjka.

 Baza

 Os valjka

 Polumjer baze

 Visina

 Izvodnica

 Osni presjek

null
4
Oplošje uspravnog valjka iznosi 84 π cm 2 , a visina mu je za 5 cm veća od promjera baze. Izračunajte površinu plašta i obujam valjka.
r =   cm  
v = cm  
Površina plašta je π cm 2
V =   π cm 3  

Pomoć:

v = 2 r + 5 ;   P = 2 r π v

 

5
Papirnati ubrusi imaju oblik valjka. Izračunajte obujam jedne role ubrusa ako joj je vanjski promjer 12 cm , unutarnji 4 cm te visina 26   cm . Želimo uskladištiti i zaštititi od prašine neiskorištene role. Koje bi minimalne dimenzije kutije trebale biti ako bismo u nju htjeli uskladištiti dvije ovakve role ubrusa za ruke? Izračunajte obujam te kutije.

Slika role ubrusa za ruke.
Izvor: pixabay.com
cm 3 je obujam jedne role papirnatih ubrusa (zaokružen na jednu decimalu). Duljina kutije iznosi cm , širina cm i visina cm . Obujam kutije tih dimenzija je   cm 3 .

 

ZAVRŠITE PROCJENU

Idemo na sljedeću jedinicu

10.2 Stožac