傾けた半球の容器からこぼれる水の量(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 傾けた半球の容器からこぼれる水の量(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
半径 $6\ \mathrm{cm}$ の半球形の容器に水を満たし,容器を静かに $45^\circ$ 傾けた.このとき,流れ出た水の量を求めよ.
容器の縁を含む平面は球の中心 O を通る.$45^\circ$ 傾けると,縁の最も低い点の深さは O から $6\sin 45^\circ=3\sqrt{2}$ である.
O を原点とし鉛直下向きに $x$ 軸をとると,残った水は $3\sqrt{2}\leqq x\leqq 6$ の部分で,深さ $x$ における水面と平行な切り口は半径 $\sqrt{36-x^2}$ の円である.よって,残った水の体積は
\[ \pi\int_{3\sqrt{2}}^6(36-x^2)\,dx=\pi\left[36x-\frac{x^3}{3}\right]_{3\sqrt{2}}^6=\pi\{(216-72)-(108\sqrt{2}-18\sqrt{2})\}=\pi(144-90\sqrt{2}) \]
はじめの水の量は $\dfrac{2}{3}\pi\cdot 6^3=144\pi$ であるから,流れ出た水の量は
\[ 144\pi-\pi(144-90\sqrt{2})=90\sqrt{2}\,\pi\ (\mathrm{cm^3}) \]
⭐ お気に入り 0
ログインするとお気に入り・印刷リスト・PDF出力が使えます