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
שלב 1 — חזקה שלישית של הרדיוס
כדור גומי שרדיוסו 3 ס"מ. מהו נפח הכדור (בסמ"ק)? השתמשו בקירוב .
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
שלב 1 — חזקה שנייה של הרדיוס
רוצים לצפות כדור קישוט שרדיוסו 5 ס"מ בשכבת צבע. מהו שטח הפנים שיש לצבוע (בסמ"ר)? השתמשו בקירוב .
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
שלב 1 — קוטר ⟸ רדיוס
מנורת תאורה ממלח בצורת כדור שקוטרו 15 ס"מ. מהו נפח המלח הדרוש לבניית מנורה אחת (בסמ"ק)? השתמשו בקירוב 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
שלב 1 — כותבים את הנוסחה עם הנעלם
בדיקה מהירה
כדור מים לקישוט גן מכיל נפח של 904.32 סמ"ק. מהו רדיוס הכדור (בס"מ)? השתמשו בקירוב .
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?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מחליפים בין ל-
בדקו את היחידות: שטח בסמ״ר ⟸ ; נפח בסמ״ק ⟸ .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מוציאים שורש ריבועי במקום שלישי בשאלה הפוכה מהנפח
מ- מקבלים — ולא .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: חושבים ששינוי הרדיוס משנה נפח ושטח באותו יחס
הכפלת רדיוס (k=2): שטח , נפח .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
כדור — נפח ושטח פנים:
- נפח: (חזקה שלישית).
- שטח פנים: (חזקה שנייה).
- נתון קוטר? המירו לרדיוס: r = d/2.
- שאלה הפוכה: מבודדים את חזקת r ומוציאים את השורש המתאים (שלישי מנפח, ריבועי משטח).
- 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!