Matheaufgabe: Wie berechnet man die Wand der Seifenblase?

4 Antworten

Du berechnest das Volumen des kugelförmigen Tropfens und setzt es gleich mit dem Volumen der hohlkugelförmigen Seifenblase.

Das Volumen des kugelförmigen Tropfens ist: V_T = ( 4 / 3 ) * Pi * r^3

Also V_T = ( 4 / 3 ) * Pi * ( 1,5 mm )^3 = ( 4 / 3 ) * Pi * ( 3 / 2 mm )^3 = ( 4 / 3 ) * Pi * ( 27 / 8 ) * mm^3

Das Volumen der Seifenblasenwand ist: V_S = Volumen einer Vollkugel - Volumen des Hohlraumes im Inneren. Dazu sei r_a der Außenradius und r_i der Innenradius der Hohlkugel (Seifenblase)

Also V_S = ( 4 / 3 ) * Pi * r_a^3 - ( 4 / 3 ) * Pi * r_i^3. Setze nun r_a = 60 mm:

V_S = ( 4 / 3 ) * Pi * ( 60 mm )^3 - ( 4 / 3 ) * Pi * r_i^3  = ( 4 / 3 ) * Pi * 60^3 * mm^3 - ( 4 / 3 ) * Pi * r_i^3 = ( 4 / 3 ) * Pi * 216000 * mm^3 - ( 4 / 3 ) * Pi * r_i^3

Stelle nun V_T und V_S gleich:

V_T = V_S

( 4 / 3 ) * Pi * ( 27 / 8 ) * mm^3 = ( 4 / 3 ) * Pi * 216000 * mm^3 - ( 4 / 3 ) * Pi * r_i^3 ... Teile durch ( 4 / 3 )

Pi * ( 27 / 8 ) * mm^3 = Pi * 216000 * mm^3 - Pi * r_i^3 ... Teile durch Pi

( 27 / 8 ) * mm^3 = 216000 * mm^3  - r_i^3 ..... subtrahiere 216000 * mm^3

( 27 / 8 ) * mm^3 - 216000 * mm^3 = - r_i^3 .... multipliziere mit ( - 1 )

r_i^3 = - ( 27 / 8 ) * mm^3 + 216000 * mm^3

r_i^3 = 215996,625 * mm^3 .... Ziehe die dritte Wurzel

r_i = dritte Wurzel aus ( 215996,625 * mm^3 )

r_i = 59,9996875 mm

Die Wanddicke der Seifenblase ist dann die Differenz des Außenradius r_a und des Innenradius r_i

d = r_a - r_i

d = 60 mm - 59,9996875 mm

d = 3,125 * 10^(-4) mm = 0,3125 Mikrometer


ZUVIELEFRAGEN0 
Beitragsersteller
 29.08.2015, 07:19

Vieeeelen Dank :D

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Hi,

um die Oberfläche einer Kugel zu brechnen, wendest du folgende Formel an:

O=4*pie(alos 3,14...)*r²

Daraus folgt, das du den Radius der Kugel benötigst...

Also misst du den Durchmesser der Kugel und teilst ihn durch 2, somit hast du dann "r"

Das Volumen der Seifenblasenhülle ist fast genau ihre Oberfläche mal ihre Dicke d, also 4π R² d mit R = 60 mm. Das Volumen des Tropfens ist 1⅓π r³ mit r = 1,5 mm. Gleichsetzen und auflösen nach d gibt d = ⅓r³ / R²


stekum  28.08.2015, 21:14

Das Volumen von dem Tropfen ist das gleiche, wie das der Seifenblasenwand, also 1⅓π r³ = 4π R² d . Jetzt nach d auflösen.

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ZUVIELEFRAGEN0 
Beitragsersteller
 28.08.2015, 21:11

Das mit dem gleichsetzen vverstehe ich nicht so ganz...:/

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wie genau meinst du dass jetzt?
die Fläche.. oder dass Volumen?
Fläche: 4*r^2 * PI


Borgler94  28.08.2015, 19:57

Volumen.. wird schwierig..
du brauchst di Wanddicke .. sagen wir mal die Wand ist 1mm dick
, die Seifenblase hat 100 mm durchmesser (zahlen sehr glaubhaft^^)
dann rechnest du dir zuerst das Volumen der Luftkugel innerhalb der Wand aus Volumen einer Kugel = 4/3 * r^3 * PI 
innendurchmesser 49mm ^3 * 4/3 *PI =
492806mm^3

dann dass Volumen der äußeren Kugel inklusive der Wand
4/3 * r^3 * PI 
50mm ^3 * 4/3 *PI =
523598mm^3
dann das Volumen der äußeren - das Volumen der Luftkugel = Volumen der Wand 

523598mm^3-492806mm^3=30792 mm^3 =30,792cm^3

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MistrF  28.08.2015, 20:42
@Borgler94

Das Volumen ist ja bekannt - das Volumen des Tropfens mit 3mm Durchmesser
4/3 * (3mm)^3 * PI

Das Volumen der Seifenblase ist auch bekannt

4/3 * (60mm)^3 * PI

davon ziehst Du jetzt das "Luftvolumen" der Blase ab

4/3 * (60mm-x)^3 * PI

also

4/3 * (60mm)^3 * PI - 4/3 * (60mm-x)^3 * PI = 4/3 * (3mm)^3 * PI

das vereinfacht Du mit * 3/4 und : PI

 (60mm)^3 - (60mm-x)^3 = (3mm)^3

vielleicht noch

 (60mm)^3 - (3mm)^3  = (60mm-x)^3

links sind Zahlen - rechts - oops - ein hoch 3 - also schön durchmultiplizieren und dann ne kubische Gleichung lösen

macht der Taschenrechner ... wenn ers kann ... - zur Not graphisch

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