פירמידה: נפח ושטח פנים

30%
📖שיעור
55 דקות

פירמידה: נפח ושטח פנים

נלמד לחשב נפח של פירמידה ישרה לפי V=13V=\frac{1}{3} \cdotשטח הבסיס·גובה, ושטח פנים כסכום הבסיס והפאות הצדדיות המשולשות, תוך אבחנה בין גובה הפירמידה לגובה הפאה (האפותם). הכול בהקשרים אורייניים: אוהלים, מונומנטים ומנורות מלח.

פירמידה: נפח ושטח פנים

מבוא

הפירמידה היא גוף מוכר מהמרחב: מהפירמידות הגדולות במצרים, דרך אוהלי שטח, ועד מנורות תאורה מעוצבות. בשיעור זה נלמד לחשב את הנפח ואת שטח הפנים של פירמידה ישרה שבסיסה מלבן או ריבוע, ונדע לעבור בין נתון מילולי, סרטוט וחישוב סימבולי — בדיוק כפי שדורשות השאלות האורייניות בבחינה.

מטרות השיעור

  • לחשב נפח פירמידה ישרה לפי הנוסחה
  • לחשב שטח פנים כסכום שטח הבסיס ושטחי הפאות הצדדיות (משולשים)
  • להבחין בין גובה הפירמידה לבין גובה הפאה (האפותם), ולמצוא את האפותם בעזרת משפט פיתגורס
  • לפתור שאלות הפוכות: בהינתן נפח או שטח, למצוא ממד חסר
  • ליישם את הכלים בהקשרים מחיי היום־יום (אוהל, מונומנט, מנורת מלח)

הרעיון המרכזי

מהי פירמידה ישרה ומהם ממדיה

פירמידה היא גוף שבסיסו מצולע (אצלנו: מלבן או ריבוע) וכל הפאות הצדדיות הן משולשים הנפגשים בנקודה אחת — הקודקוד. בפירמידה ישרה הקודקוד נמצא בדיוק מעל מרכז הבסיס.

  • גובה הפירמידה h — האנך מהקודקוד אל מרכז הבסיס. בעזרתו מחשבים נפח.
  • גובה הפאה (אפותם) l — האנך מהקודקוד אל אמצע צלע בסיס, לאורך הפאה המשולשת. בעזרתו מחשבים שטח פאה צדדית.

שני הגבהים שונים! גובה הפאה הוא תמיד גדול מגובה הפירמידה.

נוסחת הנפח

נפח פירמידה הוא שליש מנפח המנסרה (או התיבה) בעלת אותו בסיס ואותו גובה:

לבסיס ריבועי שצלעו a: . לבסיס מלבני שצלעיו a,b: .

השליש הוא הלב של הנושא — שכחתו היא הטעות הנפוצה ביותר.

נוסחת שטח הפנים

שטח הפנים הוא סכום שטח הבסיס ושטחי כל הפאות הצדדיות:

כל פאה צדדית היא משולש ששטחו . לבסיס ריבועי שצלעו a וגובה פאה l ארבע פאות זהות:

לבסיס מלבני יש שני זוגות פאות שונים — מחשבים כל זוג בנפרד.

קשר פיתגורס בין הממדים

גובה הפירמידה h, גובה הפאה l והמרחקים בבסיס קשורים במשולשים ישרי־זווית:

  • מרכז הבסיס → אמצע צלע → קודקוד:
  • מרכז הבסיס → פינת הבסיס → קודקוד (מקצוע צדדי e): , כאשר d הוא אלכסון הבסיס.

כך אפשר למצוא ממד חסר כשנתון אחר.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: נפח מנורת מלח

מנורת מלח בצורת פירמידה ישרה שבסיסה ריבוע, צלע 7 ס״מ, גובה 9 ס״מ. מהו נפח המלח?

1

שלב 1 — שטח הבסיס

הבסיס ריבוע שצלעו 7 ס״מ, ולכן S=72=49S = 7^{2} = 49 סמ״ר.
תשובה מספרית

מנורת תאורה עשויה מלח בצורת פירמידה ישרה שבסיסה ריבוע. אורך צלע הבסיס 7 ס"מ וגובה הפירמידה 9 ס"מ. מהו נפח המלח הדרוש לייצור מנורה אחת (בסמ"ק)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: שטח פנים של אוהל

אוהל פירמידה ישרה, בסיס ריבוע צלע 6 מ', גובה פאה (אפותם) 5 מ'. כמה בד דרוש לכיסוי כל הצדדים והרצפה?

1

שלב 1 — שטח הבסיס

הבסיס ריבוע שצלעו 6 מ:S=62=36': S = 6^{2} = 36 מ״ר.
תשובה מספרית

אוהל בצורת פירמידה ישרה שבסיסו ריבוע שצלעו 6 מ'. גובה הפאה (האפותם — מהקודקוד לאמצע צלע הבסיס) הוא 5 מ'. כמה מטרים מרובעים של בד דרושים לכיסוי האוהל מכל הצדדים, כולל רצפת הבסיס?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: שאלה הפוכה — מציאת שטח הבסיס מהנפח

לבניית מנורה השתמשו ב-256 סמ״ק מלח, גובה המנורה 12 ס״מ. מהו שטח בסיס המנורה?

1

שלב 1 — כותבים את הנוסחה עם הנעלם

V=13Sh256=13S12V = \frac{1}{3} \cdot S \cdot h ⟸ 256 = \frac{1}{3} \cdot S \cdot 12.
תשובה מספרית

לבניית מנורת מלח בצורת פירמידה ישרה שבסיסה ריבוע השתמשו ב-256 סמ"ק מלח. גובה המנורה הוא 12 ס"מ. מהו שטח העץ שעליו מונח בסיס המנורה (בסמ"ר)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: גובה האוהל בעזרת פיתגורס

אוהל פירמידה, בסיס ריבוע צלע 2 מ', מוט צדדי (קודקוד לפינה) 3 מ'. מהו גובה המוט המרכזי?

1

שלב 1 — מזהים את המשולש הישר־זווית

הגובה SE ניצב, היתר הוא המוט הצדדי (3(3 מ'), והניצב השני הוא חצי אלכסון הבסיס.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

קבוצת מטיילים מקימה אוהל בצורת פירמידה ישרה שבסיסו ריבוע. אורך כל מוט בבסיס 2 מ', ואורך כל מוט צדדי (מהקודקוד לפינת הבסיס) 3 מ'. מהו אורך המוט המרכזי SE — הגובה המאונך מהקודקוד למרכז הבסיס (במ')? עגלו לשתי ספרות אחרי הנקודה.

סטייה מותרת: ±0.05

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: שוכחים את מקדם השליש בנפח

טעות: עבור בסיס 49 וגובה 9, .

נכון: — שליש מהתוצאה השגויה.

למה זה קורה?

מבלבלים בין פירמידה למנסרה/תיבה, ומחשבים V=ShV=S \cdot h.

איך מתקנים?

נפח פירמידה הוא תמיד שליש מהמנסרה בעלת אותו בסיס וגובה: V=13ShV=\frac{1}{3} \cdot S \cdot h.

טעות נפוצה: מבלבלים בין גובה הפירמידה לגובה הפאה

בחישוב שטח הפאה צריך את האפותם l, לא את גובה הפירמידה h. אם נתון רק h, מוצאים את l מ-.

למה זה קורה?

שני 'גבהים' בגוף אחד, ולא תמיד ברור מי משמש למה.

איך מתקנים?

גובה הפירמידה (לאמצע הבסיס) — לנפח. גובה הפאה / אפותם (לאמצע צלע) — לשטח הפאות. הם קשורים בפיתגורס.

טעות נפוצה: מכפילים שטח פאה ב-4 גם בבסיס מלבני

לבסיס ריבועי: . לבסיס מלבני : שני אפותמים ו-.

למה זה קורה?

מכלילים את המקרה הריבועי (4(4 פאות זהות) למלבן.

איך מתקנים?

בבסיס מלבן יש שני זוגות פאות שונים (ושני אפותמים שונים). מחשבים כל זוג בנפרד ומחברים.

טעות נפוצה: שוכחים להוסיף את שטח הבסיס

— אל תעצרו אחרי הפאות.

למה זה קורה?

מבלבלים בין שטח המעטפת (הפאות בלבד) לשטח הפנים הכולל.

איך מתקנים?

שטח פנים = שטח הבסיס + שטח המעטפת. בודקים בשאלה אם הבסיס נכלל (לאוהל עם רצפה — כן).

סיכום

מה למדנו?

פירמידה ישרה — נפח ושטח פנים:

  1. נפח: — אל תשכחו את השליש!
  2. שטח פנים: , כל פאה .
  3. גובה הפירמידה משמש לנפח, גובה הפאה (אפותם) לשטח — ושניהם קשורים בפיתגורס.
  4. בשאלה הפוכה מבודדים את הנעלם מתוך הנוסחה.

זכרו: קראו את השאלה — האם נדרש הבסיס? האם הנתון הוא גובה הפירמידה או האפותם?

בשיעור הבא נעבור לכדור — נפח ושטח פנים.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על נפח ושטח פנים של פירמידה בהקשרים אורייניים!

תרגול