Vì sao thùng đựng dầu, phích đựng nước nóng đều có dạng hình trụ?

Thùng dầu, phích nước đều là các thùng, bình đựng chất lỏng. Bạn có chú ý các đồ đựng chất lỏng đều có dạng hình trụ, điều này có liên quan gì đến toán học không?

Khi sản xuất các đồ đựng người ta thường chú ý đến việc tiết kiệm vật liệu: Với cùng một lượng vật liệu làm thế nào sản xuất được bình đựng chất lỏng với dung tích lớn nhất.

Ta đã biết trong hình học phẳng, trong các hình đa giác đều và hình tròn có cùng chu vi thì hình tròn có diện tích lớn nhất. Ví dụ với diện tích 100 mm2 thì hình vuông có chu vi 40 mm, hình tam giác đều chu vi 45,6 mm. Như vậy với cùng một diện tích thì tam giác đều có chu vi lớn nhất, hình vuông cho chu vi bé hơn và hình tròn có chu vi bé nhất. Vì vậy với các dụng cụ đựng chất lỏng, nếu các đồ đựng có cùng chiều cao thì lăng trụ tròn có dung tích lớn nhất, và việc sản xuất các lăng trụ tròn sẽ tốn ít nguyên liệu nhất. Do vậy các thùng đựng dầu, phích nước là những đồ đựng chất lỏng thường có dạng lăng trụ tròn.

Thế có loại bình đựng dạng nào tiết kiệm nguyên vật liệu hơn lăng trụ tròn không? Có. Đó chính là hình cầu. Với cùng một lượng vật liệu thì đồ đựng hình cầu sản xuất ra sẽ có dung tích lớn nhất. Nói cách khác sản xuất các đồ đựng chất lỏng hình cầu tiết kiệm được vật liệu nhiều nhất. Tuy nhiên, do các đồ đựng hình cầu dễ bị lăn đi, lăn lại, khó đứng yên; việc sản xuất các vật dụng hình cầu cũng khó hơn, khó đậy nắp hơn nên bình hình cầu không có ý nghĩa thực tế.

Tuy nhiên các đồ đựng vật rắn như hòm, rương sao lại không sản xuất có dạng hình trụ? Cho dù các đồ đựng hình trụ tiết kiệm được nguyên vật liệu nhưng đựng các vật rắn lại không thuận tiện lắm nên người ta thường sản xuất chúng ở dạng khối lăng trụ chữ nhật.