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Calotte sphérique : volume, rayon de base et surface d'un dôme

Calculez le volume, le rayon de base et la surface d'une calotte sphérique (dôme, bol, liquide dans une cuve ronde) à partir du rayon de la sphère et de la hauteur.

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Valeur hors limites

Valeur hors limites

Résultats

Volume

8,38

Volume de la calotte
Rayon de la base
2,24
Surface courbe
18,85
Surface de la base
15,71
Part du volume de la sphère entière
7,4 %

Une tranche de sphère

Coupez une sphère par un plan et vous obtenez deux calottes sphériques. Dômes, bols, lentilles de contact, fonds bombés de certaines cuves, ou le liquide au fond d’une cuve sphérique ont cette forme.

Les formules

Avec R le rayon de la sphère et h la hauteur de la calotte :

  • Volume : V = π × h² × (3R − h) ÷ 3
  • Rayon de la base : a = √(h × (2R − h))
  • Surface courbe : A = 2π × R × h
  • Surface de la base : π × a²

La formule de la surface courbe est d’une simplicité remarquable : elle est égale à la surface latérale d’un cylindre de même rayon et de même hauteur. Archimède l’a démontré il y a plus de 2 200 ans, et c’était l’un des résultats dont il était le plus fier.

Exemple

Un dôme découpé dans une sphère de 3 m de rayon, d’une hauteur de 1 m :

Résultat Valeur
Volume 8,38 m³ (8 378 litres)
Rayon de la base 2,24 m (4,47 m de diamètre)
Surface courbe 18,85 m²
Surface de la base 15,71 m²
Part du volume de la sphère 7,4 %

Partir de la largeur et de la hauteur

On connaît souvent la largeur d’un dôme et sa hauteur, pas le rayon de la sphère. Avec un rayon de base a et une hauteur h :

R = (a² + h²) ÷ (2h)

Un dôme de 4,47 m de large (a = 2,236) et de 1 m de haut provient d’une sphère de (5 + 1) ÷ 2 = 3 m de rayon.

Usages pratiques

  • Dômes et coupoles : surface pour la couverture ou la peinture, et volume intérieur pour le chauffage, par exemple pour une yourte à toit bombé ou un dôme géodésique.
  • Cuves : volume de liquide dans une cuve sphérique remplie jusqu’à la hauteur h ; au-dessus du milieu, retranchez la calotte vide du haut au volume de la sphère.
  • Optique : la flèche d’une surface de lentille.
  • Cuisine : le volume d’un cul-de-poule rempli jusqu’à une certaine hauteur.

Vérifications

Si h = R, la calotte est une demi-sphère : V = 2πR³ ÷ 3 et A = 2πR². Si h = 2R, c’est la sphère entière : V = 4πR³ ÷ 3. Si vous saisissez une hauteur supérieure au diamètre, le calculateur la limite à la sphère entière.

Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'une calotte sphérique ?

La partie d'une sphère coupée par un plan. Un dôme, une lentille de contact, un bol ou le liquide au fond d'une cuve sphérique sont des calottes sphériques.

Quelle est la formule du volume d'une calotte sphérique ?

V = π × h² × (3R − h) ÷ 3, où R est le rayon de la sphère et h la hauteur de la calotte. Si h = R, on obtient une demi-sphère.

Comment trouver le rayon de la sphère à partir de la largeur et de la hauteur d'un dôme ?

Avec un rayon de base a et une hauteur h, le rayon de la sphère vaut R = (a² + h²) ÷ (2h). Un dôme de 4,47 m de large et 1 m de haut provient d'une sphère de 3 m de rayon.

Quelle est la surface courbe ?

A = 2π × R × h, la même que celle d'un cylindre de rayon R et de hauteur h, un résultat connu depuis Archimède. Ajoutez π × a² pour la base plane.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.