Rotationskörper

Solids of Revolution

Mathematik Klasse 10 18 Aufgaben
GeometrieRaumgeometrieRotationskörperQuerschnittKegelZylinderKugel

Zylinder, Kegel und Kugel entstehen, wenn ein Rechteck, ein rechtwinkliges Dreieck oder ein Halbkreis um eine Achse rotiert. Die Kathete oder Seite auf der Achse liefert die Höhe, die senkrechte Strecke den Radius; der Schnitt durch die Achse zeigt die erzeugende Figur samt Spiegelbild, jeder Schnitt senkrecht zur Achse ist ein Kreis. Räumt das Vertauschen von Radius und Höhe und die Verwechslung des Achsenschnitts mit einem Kreis aus. Bereitet Kugel und Pythagoras im Achsenschnitt vor.

Ein Rotationskörper entsteht, wenn eine ebene Figur um eine Gerade rotiert, die Rotationsachse. Ein Rechteck, das sich um eine seiner Seiten dreht, überstreicht einen Zylinder. Ein rechtwinkliges Dreieck, das sich um eine Kathete dreht, überstreicht einen Kegel. Ein Halbkreis, der sich um seinen Durchmesser dreht, überstreicht eine Kugel.

Rechteck, Dreieck und Halbkreis erzeugen beim Drehen um die gestrichelte Achse Zylinder, Kegel und KugelRechteck↓Rechtwinkliges Dreieck↓Halbkreis↓ Zylinder Kegel Kugel
Die erzeugende Figur (oben, blau) dreht sich um die gestrichelte Achse und überstreicht den Körper darunter.

Die Maße lesen wir an der Figur ab: Die Strecke auf der Achse ist die Höhe h, die Strecke senkrecht zur Achse der Radius r. Beim Dreieck mit den Katheten 3 cm und 4 cm kommt es darauf an, um welche Kathete es rotiert: Um die 4-cm-Kathete gilt h = 4 cm und r = 3 cm, und die Hypotenuse wird zur Mantellinie s = 5 cm. Um die 3-cm-Kathete tauschen r und h die Rollen.

Schneidest du einen Rotationskörper senkrecht zur Achse, ist die Schnittfläche immer ein Kreis. Schneidest du durch die Achse, entsteht der Achsenschnitt: die erzeugende Figur zusammen mit ihrem Spiegelbild. Beim Kegel ist das ein gleichschenkliges Dreieck, beim Zylinder ein Rechteck der Breite 2r, bei der Kugel ein Kreis mit dem Radius r. Diese Skizze nutzen wir im ganzen Lesetext zum Rechnen.

Verändere r und h. Was passiert mit dem gestrichelten Spiegelbild, und wie ändert sich die Mantellinie s?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Diese Figur rotiert um die gestrichelte Achse. Welcher Körper entsteht?

  • ● Zylinder
  • ○ Kegel
  • ○ Kugel
Ein Rechteck, das um eine seiner Seiten rotiert, überstreicht einen Zylinder. Ein Kegel entsteht aus einem Dreieck, eine Kugel aus einem Halbkreis.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Welche Figur erzeugt beim Drehen um die angegebene Achse einen Kegel?

  • ● Dreieck (Katheten 3 cm und 4 cm), Achse auf der 4-cm-Kathete
  • ○ Rechteck (3 cm mal 4 cm), Achse auf der 4-cm-Seite
  • ○ Halbkreis (Radius 3 cm), Achse auf dem Durchmesser
Ein Kegel entsteht aus einem rechtwinkligen Dreieck, das um eine Kathete rotiert. Das Rechteck ergibt einen Zylinder, der Halbkreis eine Kugel.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Ein Halbkreis mit dem Radius 5 cm rotiert um seinen Durchmesser. Dabei entsteht eine Kugel mit dem Radius 5 cm.

✓ Wahr
Jeder Punkt des Halbkreisbogens ist 5 cm vom Mittelpunkt entfernt, und diese Entfernung bleibt bei der Drehung erhalten. Der Körper ist also eine Kugel mit r = 5 cm.
Im Bild tippen #4 15s ▶ Testen

Tippe auf die Figur, die beim Drehen um ihre gestrichelte Achse einen Kegel erzeugt.

✓ Antwort: fTri
Das rechtwinklige Dreieck mit einer Kathete auf der Achse ergibt einen Kegel. Das Rechteck erzeugt einen Zylinder, der Halbkreis eine Kugel.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Das rechtwinklige Dreieck rotiert um die 8-cm-Kathete. Welche Maße hat der entstehende Kegel?

  • ● r = 6 cm, h = 8 cm, s = 10 cm
  • ○ r = 8 cm, h = 6 cm, s = 10 cm
  • ○ r = 6 cm, h = 8 cm, s = 14 cm
Die Kathete auf der Achse ist die Höhe (h = 8 cm), die andere Kathete der Radius (r = 6 cm). Die Hypotenuse wird zur Mantellinie: s = 10 cm, nicht die Summe 6 + 8.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Dasselbe Dreieck rotiert jetzt um die 6-cm-Kathete. Welche Höhe hat der Kegel?

  • ● 6 cm
  • ○ 8 cm
  • ○ 10 cm
Die Höhe ist die Kathete auf der Achse, jetzt also 6 cm; der Radius wird 8 cm. Die 8 cm sind der Radius, nicht die Höhe, und 10 cm ist die Mantellinie.
Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

Das Rechteck rotiert um die 3-cm-Seite. Der entstehende Zylinder hat den Radius 7 cm.

✓ Wahr
Die Seite auf der Achse (3 cm) wird zur Höhe. Die Seite senkrecht zur Achse (7 cm) wird zum Radius: r = 7 cm, h = 3 cm.
Im Bild tippen #8 15s ▶ Testen

Tippe auf die Strecke, die beim Drehen um die Achse den Radius des Grundkreises liefert.

✓ Antwort: legR
Der Radius steht senkrecht auf der Achse und wandert beim Drehen einen Kreis entlang: das ist die untere Kathete. Die Kathete auf der Achse ist die Höhe, die Hypotenuse die Mantellinie.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Ein Kegel mit r = 4 cm und h = 6 cm wird entlang seiner Achse durchgeschnitten. Welche Form hat die Schnittfläche?

  • ● Gleichschenkliges Dreieck
  • ○ Kreis
  • ○ Rechteck
Der Achsenschnitt ist die erzeugende Figur samt Spiegelbild: zwei rechtwinklige Dreiecke ergeben ein gleichschenkliges Dreieck mit der Basis 2r = 8 cm und der Höhe 6 cm. Ein Kreis entsteht nur bei einem Schnitt senkrecht zur Achse.
Wahr / Falsch #10 15s ▶ Testen

Ein Schnitt senkrecht zur Achse durch einen Zylinder mit r = 3 cm und h = 7 cm ergibt ein Rechteck.

✓ Falsch
Senkrecht zur Achse schneidet man einen Kreis mit dem Radius r = 3 cm aus. Ein Rechteck (2r × h = 6 cm × 7 cm) ist der Achsenschnitt, also der Schnitt durch die Achse.
Multiple Choice #11 20s ▶ Testen

Eine Kugel mit dem Radius 5 cm wird durch ihre Rotationsachse geschnitten. Welchen Radius hat die Schnittfläche?

  • ● 5 cm
  • ○ 10 cm
  • ○ 2,5 cm
Der Achsenschnitt der Kugel ist ein Kreis mit demselben Radius wie die Kugel: r = 5 cm. 10 cm ist der Durchmesser.
Mittel
Lückentext #1 20s ▶ Testen

Ein Rechteck rotiert um eine seiner Seiten. Es entsteht ein ___.

✓ Antwort: Zylinder
Die Rechteckseite auf der Achse wird zur Höhe, die Seite senkrecht dazu zum Radius: Es entsteht ein Zylinder.
Zahleneingabe #2 20s ▶ Testen

Ein Rechteck mit den Seiten 4 cm und 9 cm rotiert um die 9-cm-Seite. Wie groß ist der Radius des Zylinders (in cm)?

✓ Antwort: 4
Die Seite auf der Achse (9 cm) ist die Höhe. Der Radius ist die Seite senkrecht zur Achse: 4 cm.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Der Achsenschnitt eines Zylinders mit r = 3 cm und h = 7 cm ist ein Rechteck. Wie groß ist sein Flächeninhalt (in cm²)?

✓ Antwort: 42
Das Rechteck ist 2r = 6 cm breit und h = 7 cm hoch: 6 · 7 = 42 cm².
Schwer
Zahleneingabe #1 40s ▶ Testen

Das Rechteck rotiert um die 5-cm-Seite. Berechne das Volumen des entstehenden Zylinders (in cm³, auf 0,1 genau).

✓ Antwort: 62.8
Die Achsenseite ist die Höhe h = 5 cm, die andere Seite der Radius r = 2 cm. V = π · r² · h = π · 4 · 5 = 20π ≈ 62,8 cm³.
Zahleneingabe #2 35s ▶ Testen

Das rechtwinklige Dreieck rotiert um die 12-cm-Kathete. Wie lang ist die Mantellinie des Kegels (in cm)?

✓ Antwort: 13
Die Hypotenuse des Dreiecks wird zur Mantellinie: s² = 5² + 12² = 169, also s = 13 cm.
KI-bewertete Rechnung #3 240s ▶ Testen

Ein Rechteck mit den Seiten 4 cm und 7 cm rotiert einmal um die 7-cm-Seite und einmal um die 4-cm-Seite. Skizziere jeweils den Achsenschnitt, gib Radius und Höhe des Zylinders an und berechne beide Volumina. Welcher Zylinder fasst mehr? Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Achse auf der 7-cm-Seite: r = 4 cm, h = 7 cm, V = π · 4² · 7 = 112π ≈ 351,9 cm³. Achse auf der 4-cm-Seite: r = 7 cm, h = 4 cm, V = π · 7² · 4 = 196π ≈ 615,8 cm³. Der zweite, breitere Zylinder fasst mehr.
r = 4, h = 7: V = 112π ≈ 351,9 cm³; r = 7, h = 4: V = 196π ≈ 615,8 cm³; der zweite Zylinder fasst mehr.
Zahleneingabe #4 35s ▶ Testen

Berechne den Flächeninhalt des Achsenschnitts eines Kegels mit r = 4 cm und h = 6 cm (in cm²).

✓ Antwort: 24
Der Achsenschnitt ist ein gleichschenkliges Dreieck mit der Basis 2r = 8 cm und der Höhe h = 6 cm: A = ½ · 8 · 6 = 24 cm².