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Area della sfera: superficie, fuso, zona e calotta

Area della sfera: superficie, fuso, zona e calotta

Scritto da Jean Carlos Novaes

L’area della sfera misura la superficie curva esterna, come la buccia di un’arancia. Non misura lo spazio interno. Tutti i punti della superficie si trovano alla stessa distanza r dal centro: questa distanza è il raggio.

Formula dell’area della superficie sferica

Con raggio r oppure diametro d:

A=4πr2=πd2

Il diametro è il doppio del raggio. Sostituire r con metà di d porta alla seconda espressione. Un raggio in centimetri produce un’area in centimetri quadrati. π è esatto; 3,14 è soltanto un’approssimazione.

Il raggio r collega il centro alla superficie. L’ellisse tratteggiata rappresenta una circonferenza massima vista in prospettiva.
Il raggio r collega il centro alla superficie. L’ellisse tratteggiata rappresenta una circonferenza massima vista in prospettiva.

Esempio con raggio di 3 cm

Eleva prima il raggio al quadrato e moltiplica per 4π. Per r = 3 cm, l’area esatta è 36π centimetri quadrati, circa 113,10 arrotondando a due decimali.

Calcolare la superficie da un diametro di 6 cm

Una sfera ha diametro 6 cm. Cerchiamo tutta la superficie curva. La formula richiede il raggio, quindi non possiamo sostituire r direttamente con il diametro.

  1. Dividi il diametro per due per ottenere il raggio di 3 cm.

    r=d2=62=3cm
  2. Eleva il raggio al quadrato prima di moltiplicare per gli altri fattori. La grandezza ottenuta è in centimetri quadrati.

    r2=32=9cm2
  3. Moltiplica per 4π. Conserva il multiplo esatto di π e poi arrotonda a due decimali.

    A=4×π×9=36πcm2
    A≈113,10cm2

L’area è esattamente 36π centimetri quadrati, circa 113,10 centimetri quadrati. Misura la superficie esterna, non il volume della sfera.

Un diametro di 6 cm descrive la stessa sfera. Usarlo come raggio darebbe un’area quattro volte maggiore. Mantieni π nei passaggi e arrotonda solo alla fine.

Area del fuso sferico

Un fuso è la striscia di superficie tra due semicirconferenze massime con gli stessi estremi. La sua area è la stessa frazione della superficie totale che il suo angolo rappresenta rispetto a un giro. Qui α è in gradi e θ in radianti:

A=α360°×4πr2=2θr2

Le due espressioni richiedono unità angolari diverse. Un fuso di 90° occupa un quarto della superficie: per raggio 3 cm, l’area è 9π centimetri quadrati. Il fuso è una superficie, mentre lo spicchio sferico corrispondente è un solido.

Quale altezza usare per zona e calotta?

La zona sferica è compresa tra due piani paralleli. La calotta è la parte di superficie oltre un solo piano di sezione. Entrambe hanno area curva calcolabile con il raggio r della sfera e l’altezza h appropriata:

A=2πrh

Per la zona, h è la distanza perpendicolare tra i piani. Per la calotta, va dal piano al punto più alto della superficie. Non è una distanza misurata lungo la curva; r non è il raggio del cerchio di sezione.

Con r = 3 cm e altezza della calotta 1 cm, l’area curva è 6π centimetri quadrati. Non comprende il disco piano che chiuderebbe il solido tagliato. Una semisfera ha altezza uguale al raggio: la sua superficie curva è metà di quella sferica. Aggiungi la base soltanto se è richiesta la semisfera chiusa.

Superficie e volume sono grandezze diverse

L’area riguarda il rivestimento esterno; il volume lo spazio occupato o contenuto. Formule e unità non sono intercambiabili. I calcoli presuppongono una sfera ideale, non un ellissoide o un oggetto arrotondato irregolare. Per la figura piana, vedi l’area del cerchio.

Riferimenti

  • OpenStax. Prealgebra 2e: Volume and Surface Area.
  • Eric W. Weisstein. Spherical Cap; Spherical Lune. Wolfram MathWorld.
Jean Carlos Novaes

Informazioni su Jean Carlos Novaes

Laureato in Informatica presso l'Università Federale di Bahia (2017), redattore e fondatore di questo sito.

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