Вычислить объем шара радиуса r 6 см. Задание текста в TLabel

Составить программу для вычисления площади круга S и объема шара V на основе заданного радиуса R . Программу реализовать как Windows-приложение.

Математическая постановка задачи

Перед началом разработки приложения необходимо осуществить математическую постановку задачи, то есть, определить формулы по которым будет произведен расчет а также входные данные и исходящие результаты.

Площадь круга вычисляется по формуле:

S = π · R²

Входящим значением здесь есть радиус окружности R, результатом есть площадь круга – S .
Объем шара вычисляется по формуле:

V = 4/3 · π · R³

Входящим значением здесь есть, опять же, радиус окружности R, результат – объем шара (хотя, как известно, «шара» объема не имеет).
В обеих формулах фигурирует константа π , равная 3,14159.
Таким образом, нарисуем последовательность этапов решения задачи (рисунок 1).

Рис. 1. Этапы решения задачи

Выполнение

1. Создание приложения типа VCL Form Application .

Запустить систему визуальной разработки приложений Embracadero RAD Studio Delphi 2010 и создаем Windows-приложение. Подробный пример создания приложения по шаблону Windows Form Application описан .

Первоначальный вид формы приложения перед началом проектирования изображен на рисунке 2.

Рис. 2. Вид окна программы

2. Вкладка Standard панели инструментов Tool Palette .

В данном приложении необходимо использовать несколько компонент, которые перечислены ниже:

• компонент типа TLabel , представляющий строку текста, которая выводится на форме;
• компонент типа TButton , представляющий кнопку на форме;
• компонент типа TEdi t , являющийся строкой ввода текста.

Все эти компоненты размещены на панели инструментов Tool Palette на вкладке Standard (см. рис. 3.).

Рис. 3. Вкладка Standard на палитре компонент

3. Компонент TLabel

3.1. Размещение компонента TLabel на форме

Для этого необходимо кликнуть мышкой на компоненте TLabel (рис. 4), а потом кликнуть в верхнем левом углу формы, как изображено на рис. 5.

Рис. 4. Компонент TLabel на палитре инструментов

Рис. 5. Компонент типа TLabel на главной форме программы

3.2. Задание текста в TLabel

Для выполнения каких-либо действий с компонентом TLabel его сначала необходимо выделить с помощью «мышки» или выбором в панели Object Inspector . После этого устанавливаем свойство Caption компонента TLabel в значение «R = » (рис. 6).

Рис. 6. Свойство Caption

В результате на форме текст «Label1 » изменится на текст «R = «.
Object Inspector дает возможность просматривать много других свойств этого компонента. В нашем случае нас будет интересовать свойство Name , в котором содержится значение названия переменной (объекта). По умолчанию это значение равно «Label1 «. Это значит, что во время написания программного кода к свойствам этого компонента можно обращаться с префиксом «Label «. Например, для того чтобы в программе изменить свойство Caption необходимо набрать следующую строку:

Таким же образом выносим на форму компоненты с именами Label2 и Label3 чуть ниже предыдущего компонента. Устанавливаем значения свойства Caption соответственно в «S = » и «V = «.

Форма приложения должна иметь приблизительно следующий вид (рис. 7).

Рис. 7. Форма приложения после размещения компонент Label1, Label2, Label3

Перенос и обработка всех других компонент с палитры Tool Palette осуществляется аналогично.

4. Компонент TEdit

Добавляем из палитры Tool Palette с вкладки Standard компонент TEdit , представляющий строку ввода. С помощью использования этого компонента будем получать значения радиуса окружности введенного пользователем с клавиатуры. После добавления компонента на форму система Delphi создает компонент-переменную с названием Edit1 (свойство Name ).

Очищаем свойство Text компонента.

5. Компонент TButton

Добавляем из палитры Tool Palette компонент TButton , представляющий собой обычную кнопку, после нажатия на которой будет вычисляться площадь круга и объем шара. В приложении системой Delphi автоматически будет добавлено компонент-переменную с именем Button1 .

Свойство Caption компонента устанавливаем в значение «Вычислить «.

Форма приложения в режиме проектирования будет иметь вид, изображенный на рис. 8.

Рис. 8. Форма приложения после добавления компонент TEdit и TButton

6. Программирование события клика на кнопке «Вычислить «

Следующим шагом в разрабатываемом приложении есть программирование события в Delphi, которое возникает при нажатии на кнопке Button1. Событие клика мышкой на кнопке называется OnClick.

Delphi 2010 автоматически создает фрагмент программного кода, в котором необходимо вписать собственный код обработки события. Созданный системой код имеет вид:

Первоочередным заданием есть определение входных данных, результатов или промежуточных переменных, которые будут использоваться в программе.

Согласно условия задачи в нашей программе опишем три переменные с соответствующим обозначением:

• R – радиус окружности;
• S – площадь круга;
• V – объем шара.

Все переменные должны быть вещественного типа.
Также в программе используется одна константа – число Пи. Обозначим его именем Pi . Следует отметить, что в Delphi есть встроенная функция с именем Pi , но в нашем приложении она не будет задействована. Таким образом, описание переменных и констант перед словом begin будет следующим:

Между операторами begin и end вписываем следующие строки основного программного кода:

Объясним некоторые функции (методы), использующиеся в программном коде. Функция StrToFloat осуществляет преобразование строчной величины Edit1.Text в число вещественного типа. Например, после выполнения следующего кода

значение х станет равно -3.675 .

В пунктах 2 и 3 происходят обычные вычисления площади круга и объема шара с помощью арифметических операций языка Паскаль.

В пункте 4 осуществляется вывод результатов. Поскольку программа реализована как Windows -приложение, то для вывода результата достаточно заполнить значение свойства Caption в компонентах Label2 (площадь) и Label3 (объем).

Функция FloatToStrF осуществляет обратное преобразование к функции StrToFloat , то есть преобразует число вещественного типа в строку. Например, для преобразования числа 2.87 в строку с точностью 4 знака после запятой нужно написать:

где v – переменная вещественного типа; str – переменная строкового типа; ffFixed – формат преобразования. Константа 8 означает, что используется общая ширина вывода размером в 8 знаков. Константа 4 означает точность после запятой.

Общий листинг процедуры обработки события OnClick компонента Button1 имеет вид.

7. Установка названия приложения

Чтобы изменить название приложения вместо непонятного «Form1 » нужно в свойстве Caption главной формы установить значение «Расчет площади круга и объема шара «.

8. Результат выполнения приложения

После запуска приложения (программы) на исполнение отображается окно с запросом о введении радиуса окружности R . Вводим значение 2,5 . Окно с результатом выполнения программы изображено на рисунке 9.

Рис. 9. Результат выполнения приложения

Итоги

При решении данной задачи было использовано компоненты следующих типов:

• TLabel — компонент типа «метка», представляющий обычную текстовую строку для вывода на форме;
• TButton — компонент, представляющий обычную кнопку на форме;
• TEdit — компонент реализующий строку ввода, предназначенную для получения информации введенной пользователем с клавиатуры.

Для проектирования интерфейса программы использовалась панель инструментов Tool Palette а также инспектор объектов Object Inspector .

Также рассмотрено две дополнительные функции, осуществляющие преобразование строки в число и обратно, а именно:

• функция StrToFloat , преобразующая строку, отображающую число, в вещественное число (например, ‘3,678’ => 3.678 ) с учетом региональных настроек Windows ;
• функция FloatToStrF , преобразующая вещественное число в строковой вид соответственно заданному формату (например 2.88 => ‘2,880’ ) с учетом региональных настроек Windows .

Объем шара Теорема Объем шара радиуса R равен 4/3 πR 3 R x B O C M A Доказательство Рассмотрим шар радиуса R с центром в точке O и выберем ось Ox произвольным образом. Сечение шара плоскостью, перпендикулярной к оси Ox и проходящей через точку M этой оси, является кругом с центром в точке M. Обозначим радиус этого круга через R, а его площадь через S(x), где x-абсцисса точки М. Выразим S(x) через х и R. Из прямоугольного треугольника ОМС находим R = OC²-OM² = R²-x² Так как S (x) = п r ², то S (x) = п (R²-x²). Заметим, что эта формула верна для любого положения точки М на диаметре АВ, т.е., для всех х, удовлетворяющих условию –R x R. Применяя основную формулу для вычисления объёмов тел при a = –R, b = R, получаем: R R R R R V = п (R²-x²) dx = п R² dxп - x²dx = п R²x - пx³/3 = 4/3 пR³. -R -R -R -R -R Теорема доказана x

Объёмы шарового сегмента, шарового слоя и шарового сектора А) Шаровым сегментом называется часть шара, отсекаемая от него какой-нибудь плоскостью. На рисунке 1 секущая плоскость α, проходящая ч-з т.В, разделяет шар на 2 шаровых сегмента. Круг, получившийся в сечении, называется основанием каждого из этих сегментов, а длины отрезков АВ и ВС диаметра АС, перпендикулярного к секу- щей плоскости, называются высотами сегментов. х АВ=h α О А С Шаровой сегмент Рис.1

Если радиус шара равен R, а высота сегмента равна h (на рис.1 h =АВ), то объём V шарового сегмента вычисляется по формуле: V = пh² (R-1/3h). · Б) Шаровым слоем называется часть шара, заключённая между 2-мя параллельными секущими плоскостями (рис.2). Круги, получившиеся в сечении шара этими плоскостями, называются основаниями шарового слоя, а расстояние между плоскостями – высотой шарового слоя. Объём шарового слоя можно вычислить как разность объёмов 2-ух шаровых сегментов. А В С х Рис.2 Шаровой слой

В) Шаровым сектором называется тело, полученное вращением кругового сектора с углом, меньшим 90 градусов, вокруг прямой, содержащей один из ограничивающих круговой сектор радиусов (рис.3). Шаровой сектор состоит из шарового сегмента и конуса. Если радиус шара равен R, а высота шарового сегмента равна h, то объём V шарового сектора вычисляется по формуле: V = 2/3 пR² h h O R r Рис.3 Шаровой сектор

Площадь сферы В отличие от боковой поверхности цилиндра или конуса сферу нельзя развернуть на плоскость, и, следовательно, для неё не пригоден способ определения и вычисления площади поверхности с помощью развёртки. Для определения площади сферы воспользуемся понятием описанного многогранника. Пусть описанный около сферы многогранник имеет n граней. Будем неограниченно увеличивать n таким образом, чтобы наибольший размер каждой грани описанных многогранников стремился к нулю. За площадь сферы примем предел последовательности площадей поверхностей описанных около сферы многогранников при стремлении к нулю наибольшего размера каждой грани => ">

Радиус шара (обозначается как r или R) – это отрезок, который соединяет центр шара с любой точкой на его поверхности. Как и в случае круга, радиус шара является важной величиной, которая необходима для нахождения диаметра шара, длины окружности, площади поверхности и/или объема. Но радиус шара можно найти и по данному значению диаметра, длины окружности и другой величины. Используйте формулу, в которую можно подставить данные значения.

Шаги

Формулы для вычисления радиуса

Вычислите радиус по диаметру. Радиус равен половине диаметра, поэтому используйте формулу г = D/2 . Эта такая же формула, которая используется при вычислении радиуса и диаметра круга.

• Например, дан шар с диаметром 16 см. Радиус этого шара: r = 16/2 = 8 см . Если диаметр равен 42 см, то радиус равен 21 см (42/2=21).

1. Вычислите радиус по длине окружности. Используйте формулу: r = C/2π . Так как длина окружности C = πD = 2πr, то разделите формулу для вычисления длины окружности на 2π и получите формулу для нахождения радиуса.

   • Например, дан шар с длиной окружности 20 см. Радиус этого шара: r = 20/2π = 3,183 см .
   • Такая же формула используется при вычислении радиуса и длины окружности круга.

2. Вычислите радиус по объему шара. Используйте формулу: r = ((V/π)(3/4)) 1/3 . Объем шара вычисляется по формуле V = (4/3)πr 3 . Обособив r на одной стороне уравнения, вы получите формулу ((V/π)(3/4)) 3 = г, то есть для вычисления радиуса объем шара делим на π, результат умножаем на 3/4, а полученный результат возводим в степень 1/3 (или извлекаем кубический корень).

   • Например, дан шар с объемом 100 см 3 . Радиус этого шара вычисляется так:
     • ((V/π)(3/4)) 1/3 = r
     • ((100/π)(3/4)) 1/3 = r
     • ((31,83)(3/4)) 1/3 = r
     • (23,87) 1/3 = r
     • 2,88 см = r

3. Вычислите радиус по площади поверхности. Используйте формулу: г = √(A/(4 π)) . Площадь поверхности шара вычисляется по формуле А = 4πr 2 . Обособив r на одной стороне уравнения, вы получите формулу √(A/(4π)) = r, то есть, чтобы вычислить радиус, нужно извлечь квадратный корень из площади поверхности, деленной на 4π. Вместо того чтобы извлекать корень, выражение (A/(4π)) можно возвести в степень 1/2.

   • Например, дан шар с площадью поверхности 1200 см 3 . Радиус этого шара вычисляется так:
     • √(A/(4π)) = r
     • √(1200/(4π)) = r
     • √(300/(π)) = r
     • √(95,49) = r
     • 9,77 см = r

   Определение основных величин

   1. Запомните основные величины, которые имеют отношение к вычислению радиуса шара. Радиус шара – это отрезок, который соединяет центр шара с любой точкой на его поверхности. Радиус шара можно вычислить по данным значениям диаметра, длины окружности, объема или площади поверхности.

      Воспользуйтесь значениями данных величин, чтобы найти радиус. Радиус можно вычислить по данным значениям диаметра, длины окружности, объема и площади поверхности. Более того, указанные величины можно найти по данному значению радиуса. Чтобы вычислить радиус, просто преобразуйте формулы для нахождения указанных величин. Ниже приведены формулы (в которых присутствует радиус) для вычисления диаметра, длины окружности, объема и площади поверхности.

   Нахождение радиуса по расстоянию между двумя точками

   1. Найдите координаты (х,у,z) центра шара. Радиус шара равен расстоянию между его центром и любой точкой, лежащей на поверхности шара. Если известны координаты центра шара и любой точки, лежащей на его поверхности, можно найти радиус шара по специальной формуле, вычислив расстояние между двумя точками. Сначала найдите координаты центра шара. Имейте в виду, что так как шар является трехмерной фигурой, то точка будет иметь три координаты (х,у,z), а не две (х,у).

      • Рассмотрим пример. Дан шар с центром с координатами (4,-1,12) . Воспользуйтесь этими координатами, чтобы найти радиус шара.

   2. Найдите координаты точки, лежащей на поверхности шара. Теперь нужно найти координаты (х,у,z) любой точки, лежащей на поверхности шара. Так как все точки, лежащие на поверхности шара, расположены на одинаковом расстоянии от центра шара, для вычисления радиуса шара можно выбрать любую точку.

      • В нашем примере допустим, что некоторая точка, лежащая на поверхности шара, имеет координаты (3,3,0) . Вычислив расстояние между этой точкой и центром шара, вы найдете радиус.

   3. Вычислите радиус по формуле d = √((x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 + (z 2 - z 1) 2). Узнав координаты центра шара и точки, лежащей на его поверхности, вы можете найти расстояние между ними, которое равно радиусу шара. Расстояние между двумя точками вычисляется по формуле d = √((x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 + (z 2 - z 1) 2), где d – расстояние между точками, (x 1 ,y 1 ,z 1) – координаты центра шара, (x 2 ,y 2 ,z 2) – координаты точки, лежащей на поверхности шара.

      • В рассматриваемом примере вместо (x 1 ,y 1 ,z 1) подставьте (4,-1,12), а вместо (x 2 ,y 2 ,z 2) подставьте (3,3,0):
        • d = √((x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 + (z 2 - z 1) 2)
        • d = √((3 - 4) 2 + (3 - -1) 2 + (0 - 12) 2)
        • d = √((-1) 2 + (4) 2 + (-12) 2)
        • d = √(1 + 16 + 144)
        • d = √(161)
        • d = 12,69 . Это искомый радиус шара.

   4. Имейте в виду, что в общих случаях r = √((x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 + (z 2 - z 1) 2). Все точки, лежащие на поверхности шара, расположены на одинаковом расстоянии от центра шара. Если в формуле для нахождения расстояния между двумя точками "d" заменить на "r", получится формула для вычисления радиуса шара по известным координатам (x 1 ,y 1 ,z 1) центра шара и координатам (x 2 ,y 2 ,z 2) любой точки, лежащей на поверхности шара.

      • Возведите обе стороны этого уравнения в квадрат, и получите r 2 = (x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 + (z 2 - z 1) 2 . Отметьте, что это уравнение соответствует уравнению сферы r 2 = x 2 + y 2 + z 2 с центром с координатами (0,0,0).
   • Не забывайте про порядок выполнения математических операций. Если вы не помните этот порядок, а ваш калькулятор умеет работать с круглыми скобками, пользуйтесь ими.
   • В этой статье рассказывается о вычислении радиуса шара. Но если вы испытываете затруднения с изучением геометрии, лучше начать с вычисления величин, связанных с шаром, через известное значение радиуса.
   • π (Пи) – это буква греческого алфавита, которая обозначает постоянную, равную отношению диаметра круга к длине его окружности. Число Пи является иррациональным числом, которое не записывается как отношение действительных чисел. Существует множество приближений, например, отношение 333/106 позволит найти число Пи с точностью до четырех цифр после десятичной запятой. Как правило, пользуются приблизительным значением числа Пи, которое равно 3,14.

где V – искомый объем шара , π – 3,14 , R – радиус.

Таким образом, при радиусе 10 сантиметров объем шара равен:

В геометрии шар определяется как некое тело, представляющее собой совокупность всех точек пространства, которые располагаются от центра на расстоянии, не более заданного, называемого радиусом шара. Поверхность шара именуется сферой, а сам он образуется путем вращения полукруга около его диаметра, остающегося неподвижным.

С этим геометрическим телом очень часто сталкиваются инженеры-конструкторы и архитекторы, которым часто приходится вычислять объем шара . Скажем, в конструкции передней подвески подавляющего большинства современных автомобилей используются так называемые шаровые опоры, в которых, как нетрудно догадаться из самого названия, одними из основных элементов являются именно шары. С их помощью происходит соединение ступиц управляемых колес и рычагов. От того, насколько правильно будет вычислен их объем, во многом зависит не только долговечность этих узлов и правильность их работы, но и безопасность движения.

В технике широчайшее распространение получили такие детали, как шариковые подшипники, с помощью которых происходит крепление осей в неподвижных частях различных узлов и агрегатов и обеспечивается их вращение. Следует заметить, что при их расчете конструкторам требуется найти объем шара (а точнее – шаров, помещаемых в обойму) с высокой степенью точности. Что касается изготовления металлических шариков для подшипников, то они производятся из металлической проволоки при помощи сложного технологического процесса, включающего в себя стадии формовки, закалки, грубой шлифовки, чистовой притирки и очистки. Кстати говоря, те шарики, которые входят в конструкцию всех шариковых ручек, изготавливаются по точно такой же технологии.

Достаточно часто шары используются и в архитектуре, причем там они чаще всего являются декоративными элементами зданий и других сооружений. В большинстве случаев они изготавливаются из гранита, что зачастую требует больших затрат ручного труда. Конечно, соблюдать столь высокую точность изготовления этих шаров, как тех, которые применяются в различных агрегатах и механизмах, не требуется.

Без шаров немыслима такая интересная и популярная игра, как бильярд. Для их производства используются различные материалы (кость, камень, металл, пластмассы) и используются различные технологические процессы. Одним из основных требований, предъявляемых к бильярдным шарам, является их высокая прочность и способность выдерживать высокие механические нагрузки (прежде всего, ударные). Кроме того, их поверхность должна представлять собой точную сферу для того, чтобы обеспечивалось плавное и ровное качение по поверхности бильярдных столов.

Наконец, без таких геометрических тел, как шары, не обходится ни одна новогодняя или рождественская елка. Изготавливаются эти украшения в большинстве случаев из стекла методом выдувания, и при их производстве наибольшее внимание уделяется не точности размеров, а эстетичности изделий. Технологический процесс при этом практически полностью автоматизирован и вручную елочные шары только упаковываются.