Bol (lichaam)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Jump to search
Een bol

Een bol is een driedimensionaal lichaam bestaande uit de punten die ten hoogst op een bepaalde afstand van een gegeven punt liggen. De gegeven afstand heet de straal en het gegeven punt het middelpunt van de bol. Het oppervlak van een bol is de sfeer met hetzelfde middelpunt en dezelfde straal als de bol. Een bol is het driedimensionale analogon van een cirkelschijf, en kan verkregen worden als omwentelingslichaam bij draaiing van een cirkelschijf om een middellijn.

Definitie[bewerken]

Een bol is de verzameling van alle punten in een driedimensionale euclidische ruimte die ten hoogste een gegeven afstand, de straal, liggen van een gegeven punt, het middelpunt van de bol. De bol met straal en middelpunt is

De zo gedefinieerde bol wordt wel gesloten bol genoemd, ter onderscheidng van een open bol, waarvan het begrenzende oppervlak niet tot de open bol gerekend wordt.

De eenheidsbol is de bol met de oorsprong als middelpunt en straal 1.

Meer dimensies[bewerken]

In de hogere wiskunde generaliseert men het begrip van een bol (en zijn rand, de sfeer) naar willekeurige dimensies. De terminologie is niet eenduidig. In willekeurige dimensies wordt een bol als lichaam ook volle bol of bal genoemd, terwijl het oppervlak, behalve als bol en boloppervlak, ook als sfeer wordt aangeduid.

Eigenschappen[bewerken]

De oppervlakte van een bol of sfeer met straal is

Het volume van een bol met straal is

Merk op dat de afgeleide van de inhoud van een bol naar de straal, de oppervlakte is. Dit geldt ook in hogere dimensies en voor de lagere dimensie.

Afleiding van het volume[bewerken]

Het volume is de volume-integraal over de punten die voldoen aan:

De integraal is het dubbele van de integraal over de bovenste helft, en de integratie over en bij een gegeven waarde van levert de oppervlakte van de cirkel ter hoogte , met straal , dus:

Wiskundige vergelijking[bewerken]

In cartesische coördinaten[bewerken]

In cartesische coördinaten kan een bol met straal en middelpunt weergegeven worden door de vergelijking:

.

Parametervergelijking[bewerken]

In bolcoördinaten ten opzichte van het middelpunt luidt de vergelijking:

Differentiaalvergelijking[bewerken]

Elk boloppervlak (sfeer) wordt beschreven door de differentiaalvergelijking

Voorbeelden[bewerken]

De bol heeft als eigenschap dat hij van alle mogelijke driedimensionale vormen met dezelfde inhoud de kleinst mogelijke oppervlakte heeft. Door het aannemen van deze vorm wordt bijvoorbeeld een minimale energie verkregen uit de oppervlaktespanning. Als gevolg hiervan zijn veel voorwerpen in de natuur bolvormig. Voorbeelden van bolvormen in de natuur zijn:

Perfect bolvormige voorwerpen bestaan niet in de natuur. Zelfs een zwaar hemellichaam zoals de aarde is door de draaiing om zijn as enigszins afgeplat aan de polen (ellipsoïde). Ook de andere planeten en de sterren zijn min of meer bolvormig.

In veel sporten gebruikt men een bolvormig speelobject, een bal.

Licht of geluid afkomstig van een puntbron plant zich in een homogeen medium in alle richtingen even snel voort. Dit duidt men aan met bolvormige uitstraling of bolvormige voortplanting.

Zie ook[bewerken]