碗形球冠計算器
依球體半徑與深度,計算球面碗的容積、曲面面積及開口半徑。
碗形球冠
輸入母球半徑與球冠的垂直高度。
關於碗形球冠
此處將碗形部分建模為球冠,也就是球體被一個平面截下的部分。碗、穹頂、碟形容器封頭、景觀水池、建築殼體與木工車削作品中都可見這種形狀。幾何形狀由兩個尺寸決定:完整母球的半徑,以及從截平面到球冠最高點或最低點量得的垂直高度。
球冠體積等於圓周率乘以高度平方,再乘以球體半徑的三倍與高度之差,最後除以三。曲面面積等於二乘以圓周率、球體半徑與高度。開口或底面半徑可由直角三角形關係求得,等於二乘以球體半徑與高度,再減去高度平方後的平方根。這些公式描述理想球體,不含壁厚。
球冠高度等於球體半徑時,形狀為半球;高度較小時為淺球冠;高度大於半徑時,則包含超過半個球體。最大有效高度為球體半徑的兩倍,此時形狀為完整球體,開口半徑降為零。超過此上限的尺寸無法形成真實球冠,因此不予接受。
所有輸入與輸出尺寸使用相同單位系統。輸入公分,體積即為立方公分,曲面面積為平方公分,底面半徑為公分。英吋、毫米或公尺也遵循相同規則。顯示的曲面面積不包含平面圓形開口。若封閉容器或實心球冠需要底面,應加上圓周率乘以底面半徑平方,得到總外露面積。
實際製造的碗可能因接縫、口緣、凸緣、平底、成形公差或厚度變化而偏離理想球面。材料估算應納入這些細節,以及切割耗損與接合餘量。對於結構殼體和壓力容器,幾何只是設計的一部分;載重、材料性質、支承、挫屈、焊道細節與適用規範也很重要。本計算器適用於幾何計算與初步用量規劃,製作尺寸應依最終圖面或模型確認。
碗形球冠範例
範例使用一致但未指定的長度單位。
| 球體與高度 | 體積 | 其他幾何參數 |
|---|---|---|
| 半徑 10,高度 10 | 2,094.395 立方單位 | 底面半徑為 10 的半球。 |
| 半徑 10,高度 2 | 117.286 立方單位 | 底面半徑為 6 的淺球冠。 |
| 半徑 5,高度 5 | 261.799 立方單位 | 曲面面積為 157.080 的半球。 |
如何計算碗形球冠
- 量測或輸入決定碗面曲率的完整球體半徑。
- 輸入垂直於開口平面量得的球冠高度。
- 確認兩個尺寸使用相同單位,且高度不超過球體直徑。
- 選取「計算碗形球冠」,查看體積、曲面面積與開口半徑。
碗形球冠常見問題
這裡的半徑是開口半徑嗎?
不是。輸入的是母球半徑,計算器會據此求出圓形開口的半徑。
表面積包含平底嗎?
不包含。顯示的表面積只涵蓋球面部分,如需圓形底面,必須另外加上。
可以使用哪些單位?
任何一致的長度單位都可以。面積使用該單位的平方,體積使用該單位的立方。
高度等於半徑時是什麼形狀?
球冠恰好是半球,開口半徑也等於球體半徑。
高度可以超過球體半徑嗎?
可以,但最多為球體半徑的兩倍。這樣的球冠包含超過半個球體,開口會逐漸縮小。