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数学公式

数学公式: 胶囊计算器
Show calculation steps (1)
  1. Surface area & circumference

    Surface area & circumference: 胶囊计算器

    Lateral cylinder area plus a full sphere; circumference of the circular cross-section.

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结果

体积 V
96.3422
cm³
半径 r 2 cm
边长 a 5 cm
表面积 S 113.097 cm²
周长 C 12.5664 cm

什么是胶囊体?

胶囊体是一种三维几何形状,由一个半径为 r、长度(边长)为 a 的正圆柱体,在两个平整的端面上各加一个半径同样为 r 的半球组成。由于两个半球合在一起恰好构成一个完整的球体,所以胶囊体本质上就是“一个圆柱体加一个球体”。当边长 a 等于零时,胶囊体便退化为一个标准球体。这种形状在药用胶囊、压力容器和储罐中都十分常见。

由中央圆柱体和两端两个半球帽组成的胶囊形状,标注了半径和圆柱长度
胶囊体是一个长度为 a 的圆柱体,两端各加上一个半径为 r 的半球。

如何使用本计算器

先根据你已知的两个数值选择对应的计算模式——例如“已知 r、a”可求出体积、表面积和周长,而“已知 r、V”则可反解出边长。输入这两个已知值,按需选择单位标签和有效数字位数,即可一次性读出全部五项参数:半径 r、边长 a、体积 V、表面积 S 和周长 C。单位标签仅作标注之用——计算器会直接按你输入的数值进行运算,并自动为面积加上该单位的平方、为体积加上该单位的立方。

公式详解

体积等于圆柱体的体积加上两端半球合成的整球体积:$$V = \pi r^2 a + \frac{4}{3}\pi r^3$$。表面积等于圆柱体的侧面积加上整个球面的面积:$$S = 2\pi r a + 4\pi r^2$$。周长则是圆形横截面的周长:$$C = 2\pi r$$。若要由已知体积反解 a,可变形为 \(a = (V - \frac{4}{3}\pi r^3) / (\pi r^2)\);由已知表面积反解则为 \(a = (S - 4\pi r^2) / (2\pi r)\)。若要由周长求 r,则 \(r = C / (2\pi)\)。

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将胶囊体分解为一个圆柱体和两个半球,两个半球合并成一个完整球体
把胶囊体分成一个圆柱体加两个半球(合为一个完整球体),就能解释这些公式。

计算示例

设 \(r = 2\) cm、\(a = 5\) cm,取 \(\pi = 3.14159265359\):$$C = 2\pi(2) = 12.5664 \text{ cm}$$ $$S = 2\pi(2)(5) + 4\pi(2^2) = 36\pi = 113.097 \text{ cm}^2$$ $$V = \pi(2^2)(5) + \frac{4}{3}\pi(2^3) = 30.6667\pi = 96.3424 \text{ cm}^3$$(保留 6 位有效数字)。

常见问题

胶囊体的“周长”是指什么? 它指的是圆形横截面的周长,即 \(C = 2\pi r\)。

为什么会出现“输入无效”的提示? 当你通过体积或表面积反解边长时,给定的数值必须不小于半径为 r 的球体的体积或表面积;否则就不存在符合条件的实际圆柱长度。

切换单位会换算数值吗? 不会——单位下拉框只是给输出结果加上标注。所有输入必须事先统一为同一种长度单位。

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