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Niveau Licence Maths 1e ann
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Calotte sphérique

Posté par
jackobenco
23-04-17 à 20:39

Bonjour à la communauté,
J'ai tout essayé en vain , pour démontrer le volume d'une calotte.
Voici mon départ
Soit D l'ensemble tel que √(x^2+y^2+z^2)<R
Soit z fixé tel que x^2+y^2<R^2-z^2
Ainsi on a  notre domaine de définition qui est le cercle on calcule l'aire du cercle pour z fixé ,
Ensuite on intègre avec la variable z de à H-h à H ou ou h désigne la hauteur de la calotte et H la hauteur de la sphère

Quel est le problème dans le raisonnement ?
Je ne trouve pas dans mon résultat la formule exacte

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 01:06

Bonjour
D'abord je pense que H=R??
Ensuite telles que les choses sont dites on ne peut pas trouver de faille mais tout n'est pas écrit. La faille est là

Posté par
ezmaths
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 18:08

de mémoire, je crois que l'aire d'un cercle est assez proche de 0 ...

prendre R=1 pour ne pas s'embêter - en gardant à l'esprit qu'on finira en multipliant le résultat par R^3 ... gérer des disques de rayon r=\sqrt{1-z^2} et d'épaisseur infinitésimale dz pour 1-h \leq r \leq 1 ... et je trouve \int_{1-h}^1 \pi (1-z^2) dz = \frac{\pi h^2}{3} (3-h) ...

Posté par
ezmaths
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 18:10

zut, dans le truc d'avant, c'est 1-h \leq z \leq 1 - of course ... (typo) ...

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 18:16

de mémoire, je crois que l'aire d'un cercle est assez proche de 0 ...
c'est une blague ?

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 18:25

Rebonjour
Je ne te comprends pas  "jackobenco"  , pratiquement dès le début on a l'impression que tu as la solution. Ecris et puis on te dira si ça va ou pas.

Posté par
jackobenco
re : Calotte sphérique 24-04-17 à 23:50

Désolé , je pouvais totalement m'exprimer.
Donc tout d'abord je considère la hauteur de la sphère étant égale à H.Naturellement R est le rayon .
Soit M(x,y,z) un point de la sphère tel que (x^2+y^2+z^2)R
donc on a (x^2+y^2)(R^2-z^2)
Supposons z fixé (afin de calculer l'aire d'un disque appartenant à la sphère à une hauteur donnée.
On a donc notre ensemble definition tel que  -(R^2-z^2)x(R^2-z^2)

et -(R^2-z^2-x^2)y(R^2-z^2-x^2).

Tel que l'aire du disque est égal à 1 dx dy.
N'étant pas habile du code qu'utilise je précise que c'est l'intégrale double sur D.

Grace au difféomorphisme tel que x=pcos y=psin
on a nouveau domaine de définition tel que allant de 0 à 2 p allant de 0 à (R^2-z^2)

Ainsi l'aire du cercle vaut p dp d

ou l'intégrale double est le nouveau domaine de définition.
En intègrant on trouve que l'aire du disque à z fixé est égal à  (R^2-z^2)

C'est ça , mon raisonnement(qui n'est pas le plus génial je le conçois),je vois la sphère comme une somme d'aire de disque (aires étant différentes selon les valeurs de z).

De ce fait , j'intègre z pour des valeurs allant de H-h à H. Ou h correspond à la hauteur de la calotte sphérique et H à la hauteur de la sphère tel que
R^2-z^2 dz

C'est une intégrale de H-h à H.

Le problème est que je trouve hR^2+Hh^2-hH^2-(h^3)/3


POURQUOI !!! lol

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 25-04-17 à 00:38

Rebonjour
D'abord une remarque dans cette intégrale triple, il est clair que l'on a une intégrale double à calculer qui est en fait l'aire d'un disque. C'est donc à ce niveau un exercice à part et je considère connaître l'aire d'un disque.  
Deuxième remarque (qui me gêne depuis le début c'est pour cela qu'il faut un peu écrire
les choses): il y a une confusion avec H et R j'ai l'impression.  
Pour moi H c'est R ou bien 2R mais on ne sait pas bien.  
De toute façon, pour un point (x,y,z) de la sphère z  peut aller de -R à R.
Pour la calotte de hauteur h alors z va de R-h  à R.

Le volume est donc V=\int_{z=R-h}^R  (aire D_z) dz
où D_z est le disque intersection de la sphère et du plan d'équation Z=z.

Donc V=\int_{z=R-h}^R \pi (R^2-z^)  dz


C'est facile à calculer et si h=R on doit retrouver le  1/2 volume de la sphère.











  

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 25-04-17 à 00:39

il y a un z^2 dans la dernière intégrale

Posté par
jackobenco
re : Calotte sphérique 25-04-17 à 01:07

Rebonsoir,

ma question semble un peu débile mais pourquoi tu considères que H c'est R ? R c'est bien le rayon , alors que H c'est la hauteur , supposons que l'on se base sur mes notations qu'est-ce qui ne va pas ?

Posté par
jb2017
re : Calotte sphérique 25-04-17 à 09:47

Bonjour,
d'abord sans figure on peut ne pas se comprendre sur ce qu'est H et h.
De toute façon on a bien une donnée en trop.
Là où on est sûr de se  comprendre c'est pour R.
Pour h la hauteur de la calotte c'est à peu près clair pour (ma)  définition d'après l'intégrale. Quant à H (hauteur d'une shère?? ) et puis cela intervient comment ds la définition d'une calotte.

Posté par
jackobenco
re : Calotte sphérique 25-04-17 à 19:36

Bonjour,
ah d'accord je vois l'idée , lorsque j'évoque H je parlais du cylindre d'hauteur H  qui contient la sphère , cylindre ayant pour base le rayon R (pour z=0).



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