カプセルとは?
カプセル(回転スタジアム、または回転ディスコレクタングルとも呼ばれます)とは、円筒の両端に半球のキャップを付けた立体形状のことです。薬のカプセル錠、プロパンガスのボンベ、圧力容器などがこの形にあたります。本ツールでは、2つの寸法——半球(および円筒)の半径 \(r\) と、まっすぐな円筒部分の長さ \(a\)——を入力するだけで、カプセルの体積と表面積の両方を計算できます。
使い方
半径 \(r\) と円筒部の長さ \(a\) を、同じ単位(例:ミリメートル、センチメートル、インチなど)で入力してください。体積は入力単位の3乗、表面積は入力単位の2乗で表示されます。ここで \(a\) は中央の円筒部分のみの長さである点にご注意ください。カプセル全体の端から端までの長さは \(a + 2r\) となります。
計算式の解説
カプセルは、1つの円筒と2つの半球(合わせると1つの完全な球になります)を足し合わせた形です。
体積:
$$V = \pi r^2 a + \tfrac{4}{3}\pi r^3 = \pi r^2 \left(\tfrac{4}{3}r + a\right)$$(円筒部)+(球)
表面積:
$$S = 2\pi r a + 4\pi r^2 = 2\pi r (2r + a)$$(円筒の側面)+(球)
両端の平らな円形部分は半球のキャップで覆われているため、表面積には含めません。
計算例
\(r = 5\)、\(a = 10\) の場合を考えてみましょう。体積 $$V = \pi \cdot 25 \cdot \left(\tfrac{20}{3} + 10\right) = \pi \cdot 25 \cdot 16.6667 \approx 1308.997$$(立方単位)。表面積 $$S = 2\pi \cdot 5 \cdot (10 + 10) = 2\pi \cdot 5 \cdot 20 = 200\pi \approx 628.319$$(平方単位)となります。
よくある質問
\(a\) は全長のことですか? いいえ。\(a\) は円筒部分のみの長さです。全長は \(a + 2r\) で求められます。
\(a = 0\) のときはどうなりますか? カプセルは球になり、計算式は \(V = \tfrac{4}{3}\pi r^3\)、\(S = 4\pi r^2\) に簡略化されます。
使用できる単位は? 単位が統一されていれば何でも構いません。結果は入力した単位の3乗(体積)と2乗(表面積)で表示されるだけです。