כדור: נפח ושטח פנים

30%
📖שיעור
55 דקות

כדור: נפח ושטח פנים

נלמד לחשב נפח כדור לפי V=43πr3V=4⁄3 \cdot \pi \cdot r^{3} ושטח פנים לפי S=4πr2S=4\pi \cdot r^{2}, בקירוב π3.14\pi ≈3.14. נתרגל מעבר מקוטר לרדיוס, שאלות הפוכות (כולל שורש שלישי) והשפעת שינוי הרדיוס — בהקשרים של כדורים, מנורות וגלידה.

כדור: נפח ושטח פנים

מבוא

הכדור הוא הגוף ה"חלק" ביותר במרחב: כדורי משחק, מנורות תאורה כדוריות, כדורי גלידה וקישוטי גן. כל אלה מאופיינים במלואם על־ידי גודל יחיד — הרדיוס. בשיעור זה נלמד לחשב את הנפח ואת שטח הפנים של כדור, ונתרגל את שתי הנוסחאות בהקשרים אורייניים, כולל שאלות הפוכות.

מטרות השיעור

  • לחשב נפח כדור לפי
  • לחשב שטח פנים של כדור לפי
  • לעבור נכון מקוטר לרדיוס (r = d/2) לפני הצבה
  • לפתור שאלות הפוכות — מציאת הרדיוס מתוך נפח (שורש שלישי) או שטח (שורש ריבועי)
  • להבין כיצד שינוי הרדיוס משפיע על השטח (פי ) ועל הנפח (פי )

הרעיון המרכזי

שתי הנוסחאות של הכדור

לכדור שרדיוסו r:

נפח: — הרדיוס בחזקה שלישית (כי נפח נמדד ביחידות מעוקבות).

שטח פנים: — הרדיוס בחזקה שנייה (כי שטח נמדד ביחידות ריבועיות).

ההבדל בחזקה הוא קריטי: בלבול בין ל- הוא טעות נפוצה. בכל החישובים נשתמש בקירוב .

קוטר מול רדיוס

שאלות רבות נותנות את הקוטר d (למשל "כדור שקוטרו 15 ס״מ"). תמיד יש להמיר לרדיוס לפני ההצבה:

הצבת הקוטר במקום הרדיוס משבשת מאוד את התוצאה — בנפח פי ובשטח פי .

שאלות הפוכות — איזה שורש מוציאים?

כשנתון הגודל ומחפשים את הרדיוס, מבודדים את חזקת r ואז מוציאים את השורש המתאים:

  • מתוך שטח : מבודדים ומוציאים שורש ריבועי.
  • מתוך נפח : מבודדים ומוציאים שורש שלישי.

החזקה בנוסחה היא שקובעת את סוג השורש.

השפעת שינוי הרדיוס

אם מגדילים את הרדיוס פי k, אז:

למשל הכפלת הרדיוס (פי 2) מגדילה את השטח פי 4 ואת הנפח פי 8. זה מסביר מדוע כדור גדול במעט "שוקל" הרבה יותר.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: נפח כדור

כדור גומי שרדיוסו 3 ס״מ. מהו נפחו?(π3.14)? (\pi ≈3.14)

1

שלב 1 — חזקה שלישית של הרדיוס

r3=33=27r^{3} = 3^{3} = 27.
תשובה מספרית

כדור גומי שרדיוסו 3 ס"מ. מהו נפח הכדור (בסמ"ק)? השתמשו בקירוב π3.14\pi ≈3.14.

סטייה מותרת: ±0.5

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: שטח פנים — וההבדל מהנפח

כדור קישוט שרדיוסו 5 ס״מ. מהו שטח הפנים שיש לצבוע?(π3.14)? (\pi ≈3.14)

1

שלב 1 — חזקה שנייה של הרדיוס

r2=52=25(r^{2} = 5^{2} = 25 (שטח ⟸ חזקה שנייה).
תשובה מספרית

רוצים לצפות כדור קישוט שרדיוסו 5 ס"מ בשכבת צבע. מהו שטח הפנים שיש לצבוע (בסמ"ר)? השתמשו בקירוב π3.14\pi ≈3.14.

סטייה מותרת: ±1

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: מקוטר לרדיוס — מנורת מלח

מנורת מלח כדורית שקוטרה 15 ס״מ. כמה מלח (נפח) דרוש?(π3.14)? (\pi ≈3.14)

1

שלב 1 — קוטר ⟸ רדיוס

r=15÷2=7.5r = 15 \div 2 = 7.5 ס״מ. (זהירות: לא להציב 15!)
תשובה מספרית

מנורת תאורה ממלח בצורת כדור שקוטרו 15 ס"מ. מהו נפח המלח הדרוש לבניית מנורה אחת (בסמ"ק)? השתמשו בקירוב π3.14\pi ≈3.14 ועגלו לשתי ספרות אחרי הנקודה.

סטייה מותרת: ±5

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: שאלה הפוכה — שורש שלישי מהנפח

כדור מים מכיל 904.32 סמ״ק. מהו רדיוסו?(π3.14)? (\pi ≈3.14)

1

שלב 1 — כותבים את הנוסחה עם הנעלם

433.14r3=904.324⁄3 \cdot 3.14 \cdot r^{3} = 904.32.

בדיקה מהירה

תשובה מספרית

כדור מים לקישוט גן מכיל נפח של 904.32 סמ"ק. מהו רדיוס הכדור (בס"מ)? השתמשו בקירוב π3.14\pi ≈3.14.

סטייה מותרת: ±0.1

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מציבים קוטר במקום רדיוס

טעות: לקוטר 15, (פי 8 מהאמת).

נכון: r = 7.5, .

למה זה קורה?

השאלה נותנת קוטר, והתלמיד מציב אותו ישירות בנוסחה.

איך מתקנים?

תמיד בדקו: קוטר או רדיוס? אם קוטר — חלקו ב-2 לפני ההצבה.

טעות נפוצה: מחליפים בין r2r^{2} ל-r3r^{3}

בדקו את היחידות: שטח בסמ״ר ⟸ ; נפח בסמ״ק ⟸ .

למה זה קורה?

שתי הנוסחאות דומות, ונבדלות בחזקה ובמקדם.

איך מתקנים?

שטח =4πr2(= 4\pi \cdot r^{2} (חזקה שנייה, יחידות ריבועיות). נפח =43πr3(= 4⁄3 \cdot \pi \cdot r^{3} (חזקה שלישית, יחידות מעוקבות).

טעות נפוצה: מוציאים שורש ריבועי במקום שלישי בשאלה הפוכה מהנפח

מ- מקבלים — ולא .

למה זה קורה?

הרגל מהשטח, שבו אכן מוציאים שורש ריבועי.

איך מתקנים?

בנפח r מופיע בחזקה שלישית, ולכן אחרי בידוד r3r^{3} מוציאים שורש שלישי.

טעות נפוצה: חושבים ששינוי הרדיוס משנה נפח ושטח באותו יחס

הכפלת רדיוס (k=2): שטח , נפח .

למה זה קורה?

התעלמות מההבדל בין החזקות.

איך מתקנים?

בהגדלת רדיוס פי k: השטח גדל פי k2k^{2} והנפח פי k3k^{3}. לא אותו יחס!

סיכום

מה למדנו?

כדור — נפח ושטח פנים:

  1. נפח: (חזקה שלישית).
  2. שטח פנים: (חזקה שנייה).
  3. נתון קוטר? המירו לרדיוס: r = d/2.
  4. שאלה הפוכה: מבודדים את חזקת r ומוציאים את השורש המתאים (שלישי מנפח, ריבועי משטח).
  5. הגדלת רדיוס פי k: שטח , נפח .

זכרו: בכל החישובים , והקפידו על החזקה הנכונה.

בשיעור הבא נשלב את הכול בבעיות משולבות של פירמידה, כדור וגופים נוספים.


תרגול נוסף

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

תרגול