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Niveau Maths sup
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Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration triple

Posté par
LSpego
11-04-13 à 20:39

Bonjour a tous

Je dois calculer le volume contenu dans une cuve cylindrique horizontale en fonction de la hauteur de liquide.
Le calcul de la portion cylindrique ne me pose aucun pb.
Par contre, l'extrémité de la cuve qui peut être assimilée à une calotte sphérique me pose quelques interrogations.
Je pense qu'il faut procéder par intégration triple mais je ne sais utiliser que les intégrales simples. En fait j'ai du mal a definir les bornes d'intégration de ce volume.

On dispose des données suivantes :
- rayon de la sphère (R)
- rayon de le cuve cylindrique (C)
- hauteur de la calotte sphérique (r)
- hauteur du liquide dans la cuve (h)

Autrement dit, si la sphère de rayon R est centrée sur un repère oxyz, (ox: axe longitudinal de la cuve) le volume que je cherche est celui qui est limité par :
- la sphère,
- un plan vertical fixe coupant la sphère sur l'axe des x en x=R-r, ce plan constitue la limite entre partie cylindrique et la calotte sphérique
- un plan horizontal variable coupant l'axe de z et variant entre les valeur -C et +C. Ce plan modélise le niveau du liquide dans la cuve. C'est cette valeur de z (z=h=hauteur de liquide qui me sert de variable)

Voila c'est tout.

Merci d'avance à tous ceux qui pourront m'aider.

Bien Cordialement

Posté par
antoo72700
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 15:08

tu es passé pour ton volume sphérique en coordonnée sphérique ?

Posté par
LSpego
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 15:25

Du tout. Je ne sais pas comment intégrer en coordonnées sphériques.

Posté par
lafol Moderateur
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 16:12

Bonjour

d'après Wikipédia :

Citation :
Pour une calotte sphérique, V = \frac{\pi}{3}H^2(3R-H) ou V = \frac{\pi}{2}H(\frac{H^2}{3}+r^2)R est le rayon de la boule, r est le rayon de la calotte et H la hauteur de la calotte.

Posté par
LSpego
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 18:03

Bonjour

Effectivement cette petite formule me donne bien le volume total de la calotte.
Cependant, la cuve étant horizontale je n'ai qu'une partie de ce volume total.
Comment faire ?

Merci de votre participation.

Cordialement.

Posté par
Pierre_D
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 18:43

Je pense qu'il vaut mieux calculer , en fonction de z , l'aire A(z) du segment circulaire pertinent du parallèle de la sphére dans le plan Z=z, puis intégrer A(z) de zmin à h.
Ceci fait, on multiplie bien sûr par 2, et on ajoute le volume correspondant à h dans le cylindre.

Posté par
lafol Moderateur
re : Volume d'une portion de calotte sphérique par intégration t 12-04-13 à 20:45

oops je n'avais pas fait attention à l'orientation de la cuve



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