otras esferas geodesicas - caprichos … · si recordamos que en el dodecaedro es su radio / su...

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OTRAS ESFERAS GEODESICAS Cualquiera de los 5 sólidos platónicos es inscribible en una esfera que da asiento a todos los vérti- ces de cada poliedro. Así, el tetraedro se parece a una esfera aunque sólo tiene 4 puntos esféricos. El dodecaedro tiene 20; éste se parece más a una esfera, pero no demasiado: rueda poco y mal. Truncando los poliedros platónicos, Arquímedes consiguió que éstos rodaran mejor. Tal es el caso de su icosaedro truncado que tiene 60 vértices. Se consigue rebanando cada uno de los 12 vértices del icosaedro regular de manera que desaparecen todos ellos, pero al hacerlo, aparecen 5 nuevos por cada uno eliminado: los vértices, además de serlo del poliedro, lo son de una pirámide pentago- nal: el corte produce un pentágono bajo cada vértice desaparecido. El truncamiento ha de producirse con un plano normal a la altura de esa pirámide por un punto que diste del vértice de ella 1 / 3 de dicha altura. Al truncar según sus tres vértices, el triángulo equilá- tero de cada cara lateral de la pirámide (y cara del icosaedro) se convierte en un hexágono. El resultado es que donde había un vértice aparece un pentágono rodeado de 5 hexágonos. El total de caras es 32: 12 pentágonos (uno por cada vértice) más 20 hexágonos (uno por cada cara). Los lados de los pentágonos y de los hexágonos (todos regulares) son iguales: son las 90 aristas del icosaedro truncado (60 vértices + 32 caras – 2 = 90 aristas, según Euler). Para facilitar una gran construcción pueden triangularse tanto los hexágonos como los pentágonos. Los triángulos del hexágono son equiláteros y los del pentágono, isósceles (el radio de un pentá- gono es menor que su lado: r 0,85 l). Esos polígonos se pueden incluso piramidar para obtener 32 nuevos vértices (uno por cada cara) situados en la esfera circunscrita al icosaedro truncado. Esta idea es la que yo voy a desarrollar, no a partir de un icosaedro truncado, sino de un dodecae- dro y de un icosaedro regulares, respectivamente. Con su maniobra de truncamiento, Arquímedes esferificó los poliedros platónicos a base de quitarles materia. Yo voy a hacer lo contrario: voy a esferificar un dodecaedro y un icosaedro regulares aumentándoles materia. DODECAEDRO Para aumentar el parecido de un dodecaedro regular con una esfera, imaginemos a aquel inscrito en su esfera. Unamos el centro (de esfera y dodecaedro) con el centro de una cara del poliedro pro- longando esta línea hasta que toque en la esfera. El punto obtenido así será común a la esfera y a un nuevo poliedro que se creará asentando sobre la cara del dodecaedro una pirámide pentagonal de vértice el punto obtenido en la esfera. Haciendo esta operación con las 12 caras del dodecaedro tenemos un nuevo poliedro de 32 vérti- ces: Sus 20 originales más los 12 nuevos que se añaden. Se puede comprobar que este nuevo poliedro rueda mucho mejor que el dodecaedro. La Fig. 1 lo representa mostrando la relación que también se da en él entre pentágonos y hexágonos. Es una relación distinta a la descrita para el icosaedro truncado, y muy particular. Aquí, pentágonos (ama- rillos) y hexágonos (verdes) están imbricados.

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OTRASESFERASGEODESICASCualquieradelos5sólidosplatónicosesinscribibleenunaesferaquedaasientoatodoslosvérti-cesdecadapoliedro.Así,eltetraedrosepareceaunaesferaaunquesólotiene4puntosesféricos.Eldodecaedrotiene20;ésteseparecemásaunaesfera,peronodemasiado:ruedapocoymal.Truncandolospoliedrosplatónicos,Arquímedesconsiguióqueéstosrodaranmejor.Taleselcasodesuicosaedrotruncadoquetiene60vértices.Seconsiguerebanandocadaunodelos12vérticesdelicosaedroregulardemaneraquedesaparecentodosellos,peroalhacerlo,aparecen5nuevosporcadaunoeliminado:losvértices,ademásdeserlodelpoliedro,losondeunapirámidepentago-nal:elcorteproduceunpentágonobajocadavérticedesaparecido.Eltruncamientohadeproducirseconunplanonormalalaalturadeesapirámideporunpuntoquedistedelvérticedeella1/3dedichaaltura.Altruncarsegúnsustresvértices,eltriánguloequilá-terodecadacaralateraldelapirámide(ycaradelicosaedro)seconvierteenunhexágono.Elresultadoesquedondehabíaunvérticeapareceunpentágonorodeadode5hexágonos.Eltotaldecarases32:12pentágonos(unoporcadavértice)más20hexágonos(unoporcadacara).Losladosdelospentágonosydeloshexágonos(todosregulares)soniguales:sonlas90aristasdelicosaedrotruncado(60vértices+32caras–2=90aristas,segúnEuler).Parafacilitarunagranconstrucciónpuedentriangularsetantoloshexágonoscomolospentágonos.Lostriángulosdelhexágonosonequiláterosylosdelpentágono,isósceles(elradiodeunpentá-

gonoesmenorquesulado:r≈0,85l).Esospolígonossepuedeninclusopiramidarparaobtener32nuevosvértices(unoporcadacara)situadosenlaesferacircunscritaalicosaedrotruncado.Estaideaeslaqueyovoyadesarrollar,noapartirdeunicosaedrotruncado,sinodeundodecae-droydeunicosaedroregulares,respectivamente.Consumaniobradetruncamiento,Arquímedesesferificólospoliedrosplatónicosabasedequitarlesmateria.Yovoyahacerlocontrario:voyaesferificarundodecaedroyunicosaedroregularesaumentándolesmateria.

DODECAEDROParaaumentarelparecidodeundodecaedroregularconunaesfera,imaginemosaaquelinscritoensuesfera.Unamoselcentro(deesferaydodecaedro)conelcentrodeunacaradelpoliedropro-longandoestalíneahastaquetoqueenlaesfera.Elpuntoobtenidoasíserácomúnalaesferayaunnuevopoliedroquesecrearáasentandosobrelacaradeldodecaedrounapirámidepentagonaldevérticeelpuntoobtenidoenlaesfera.Haciendoestaoperaciónconlas12carasdeldodecaedrotenemosunnuevopoliedrode32vérti-ces:Sus20originalesmáslos12nuevosqueseañaden.Sepuedecomprobarqueestenuevopoliedroruedamuchomejorqueeldodecaedro.LaFig.1lorepresentamostrandolarelaciónquetambiénsedaenélentrepentágonosyhexágonos.Esunarelacióndistintaaladescritaparaelicosaedrotruncado,ymuyparticular.Aquí,pentágonos(ama-rillos)yhexágonos(verdes)estánimbricados.

Lospentágonossonregularesdeladolyradiop(verFig.4).Estántrianguladosen5triángu-losisóscelesiguales.Loshexágonossonirregulares.Sus6ladosigualesmidenp.Susradiosmiden,alternati-vamente,lyp.Sus6triángulosisósceles(lpp)sonigualesperoestándispuestosenalternan-ciadesimetríasalaredonda.Cuandohablodepentágonosyhexágonosyasevequepropiamentemeestoyrefiriendoalasvistasenplantaqueofrecensusrespecti-vaspirámides.Lapirámidepentagonalesregular;subaseeselpentágono–caradeldodecaedroysualtura,acalcular,esladiferenciaentreelradiodeesfera–dodecaedroyladistanciadelcentrodelpoliedroaldeunadesuscaras.

LaFig.2muestralacaradeundodecaedroyeldesarrollodeéste.LarelaciónentreelradioRdeldodecaedroresultanteyelladodesucara(l)es:R/l=1,4012586.

Fig.2

Fig.1

NOTACuandodécifrasderelaciónsinexplicarsuorigen,hayquereferirsealoscálculosdesarrolladosenesteenlace:

http://www.caprichos-ingenieros.com/ewExternalFiles/Extraordinario%202000.pdfydentrodeél,enlaspágs.191(207)/195(211).Lasmagnitudessedanenfuncióndelladoldelpoliedro.EnlacarapentagonaldelaizquierdadedichaFig.2setiene:r=radio=0,8506508la=apotema=0,6881909lA=granapotema=r+a=1,5388417l

LaFig.3esuncuriosocortediametraldeldodecaedroconsistenteenunhexágonoirregulardela-dosAAlAAl.Alaizquierdaseveelpoliedromostrandoenrojolapartevistadelcorteyasudere-cha,elcortepropiamentedicho. EstafiguradelcortesehapodidodibujargraciasaqueantessehancalculadoslosángulosE(épsi-lonenelenlace)yG(gammaenelenlace).Susvaloresresultaronser:E=116,56505oG=121,71748oAsísehadibujadoeltrapezoideVEGVdebaseVV;elotroquequedaasuderechaseobtienegiran-do180ºelanterior.VVeseldiámetro,ysupuntomedioOelcentro,respectivamente,deldodecae-droydesuesferacircunscrita.

Fig.3

LacuriosidaddelcorteevidenciaquelasinterseccionesAAnosonpuntosdelaesfera:sonelpuntomediodeunladodeldodecaedro.Encambio,sísonpuntosdelaesferalasinterseccionesAl.AsimismosepuedeobservarqueenunagranapotemaA,Weselcentrodelpentágono-cara,yVWsuradior.AlfinalresultaqueWXeslaalturadelapirámidepentagonalaañadirquebuscamos,siendoWX=OX–OWWX=R–OWR=1,4012586lOW=√(R2–r2)=l√(1,40125862-0,85065082)=1.1135165lWX=(1,4012586–1.1135165)l=0,2877421lElladodelapirámidebuscadaseráVX=p(asíesllamadaensudesarrollo,Fig.4):VX=√(WX2+WV2)=l√(0,28774212+r2)=l√(0,28774212+0,85065082)=0,897999lLapirámideencuestióntendrádebaseelpentágonodeunacaradeldodecaedroysuscincocaraslateralesserántriángulosisóscelesdebaselyladosigualesVX.LaFig.4essudesarrollo.Hayqueinsistirenquelostriángulosdelapirámide,talcomosedemuestra,nosonequiláteros,aunquepuedaparecerqueloson.LaFig.1,antesmostrada,eselnuevopolie-droresultantecomoesferageodésica.Ob-sérveseenellacómocadanuevovérticereflejaelpentágono(deladol)inscritoenlaesfera,porquefuecaraeneldodecaedro.Ycómolosprimitivosvérticesdeldodecae-dro(losvérticesdelanteriorpentágono)sonelcentrodelhexágonotanpeculiarantesdescrito.

Fig.4

ICOSAEDRONOTA Aunqueahoraseempleenlasmismasletrasqueantesseemplearonparaeldodecaedro,enestenuevoapartadosereferiránsóloalicosaedro.Unicosaedropuedeserconsideradocomounconjuntode20pirámidestriangularesequiláterasadosadas,consusvérticescomunesreunidosenelcentrodelpoliedro(ydesuesferacircunscrita).Tienenaparienciaescasamentealargada.Deboreconocerqueestapirámidealargadaylaqueluegollamaréchatanoestánrepresentadasdeformamuyconvincenteenlasfigurasquesiguen.Eslaservidumbreparahacerverloquedeellassenecesita.EstapirámideesladelaFig.5convérticeO(centrodelpoliedro).SubaseeseltriánguloequiláterorojodeladolysusaristaslateralessonlosradiosRdelpoliedro.ElcentrodelacaraeselpuntorojodelaFig.6.EnlaFig.7sevenunidosesecentrodecaraconelcentroOdelicosaedro.Elseg-mentoresultanteBeslaalturadelapirámidealargada.

EnelenlaceindicadoalprincipiosehacalculadoelradioRdelicosaedroquevale,enfuncióndesulado:R=0,9510565lYasevequeelradiodelicosaedroesunpocomenorquesulado.SirecordamosqueeneldodecaedroessuRadio/sulado=1,4012586,resultaqueinscribiendoenesferasigualesunicosaedroyundodecaedro,elladodelicosaedroresultaser1,4012586/0,9510565=1,4733705vecesmásgrandequeeldeldodecaedro(casivezymedia).

Fig.5 Fig.7Fig.6

Hagamosahoralomismoquehicimosantesconeldodecaedro,esdecir,prolonguemosBhastato-carlasuperficiedelaesferacircunscrita:lanuevalongitudtotalobtenidaseráR.EnlaFig.8seven,encirculitos,cuatropuntosdelaesferacircunscrita:lostresvérticesdelacararojayelnuevopun-toqueacabamosdeobtener.Setrata,endefinitiva,deadosaralapirámidedevérticeO,ysobresubasetriángulo-equilátera,yhaciafuera,otrapirámidechatadealturahigualaladiferenciaquehayentreRyB.Fig.9:Laalturadelapirámidealargada(B)eselcatetomayordeuntriángulorectángulocuyahi-potenusaesRysucatetomenor,elradiordeltriánguloequilátero-caradelicosaedro.Será,pues:B2=R2–r2Siendor=(√3/3)lr2=l2/3B2=0,95105652l2–l2/3=0,5711751l2B=0,7557612lLaalturadelapirámidechatahvaldráh=R–B=0,9510565l-0,7557612l=0,1952953lLascarasdeesapirámideserántriángulosisóscelesdebaselyladosigualesax.EnlaFig.10sevequexeslahipotenusadeuntriángulorectángulocuyoscatetossonryh,demaneraquetendremosx=√(r2+h2)=√(l2/3+0,19529532l2)=0.6094863l

Fig.8

Fig.9

LaFig.11eseldesarrollodelapirámidedeFig.10.YlaFig12eselpoliedroresultanteequivalentealaesferageodésicabasadaenunicosaedro.Enellasepuedeapreciarunpentágonoregularamari-lloyunhexágonoirregularverdequeresultasersemejantealyavistoenlaFig.1deldodecaedrogeodésico.Ambostienenigualessusánguloscorrespondientes.

Fig.11

Fig.10

Fig.12

Enelcuadrosiguientesepuedencompararlascaracterísticasdelicosaedrotruncadoylasdeldo-decaedroeicosaedroconvexosyregulares,conlasdelosmismospoliedrosgeodésicos(1y2)quehanresultadoalfinal.Sevequeestosdosúltimostienenelmismonúmerodecaras,aristasyvérti-ces.Yquesonbiensuperioresalospoliedrosregularesenmateria,precisamente,decantidaddecaras,aristasyvértices.Asimismoseponedemanifiestoquelasumadecaracterísticasdelosdospoliedrosgeodésicosydelicosaedrotruncado,eslamisma:60+90+32=182.CODANº1(Semejanzadeestospoliedros1y2conlosestrellados)

Enelenlacequedabaalprincipio,págs.211(227)/219(235),tratodelos4poliedroses-trelladosregularesquepuedenexistirsegúnEuler.ElqueyollamoallípoliedroestrelladoNº3,deespecieépsilon=3,tienecomobaseundodecaedroregularconvexoalqueseleadosan,encadacara,pirámidespentagonalesregularesdealtura1,3763819l.Elpoliedro2delcuadrotiene,encambio,pirámideschatasdealtura0,2877421l.ElqueyollamoallípoliedroestrelladoNº4,deespecieépsilon=7tienecomobaseunicosaedroregularconvexoalqueseleadosan,encadacara,pirámidestriangularesregularesdelado1,618034l.Elpoliedro1delcuadrotiene,encambio,pirámideschatasdelado0.6094863l.CODANº2(Unproductoderivado) Mientrastrabajabaentodoesto,miamigoMarianomeenseñaelmagníficolibrodemicono-cidoelinglésPaulJacksontituladoTEXTURASENPAPEL,técnicasdediseñodesuperficies.Locom-próenelCentroNiemeyerdeAviésymeloenseñóporsospecharqueseríademiinterés.Yloera:comotodolodeeseautor.Aélloconozco,enladistancia,desdesuaportaciónal2ºEncuentroInternacionaldelaCienciadelOrigamiyelOrigamicientofico,deOtsu,Japón(1994;UniversidadSeiandeArteyDiseño).Allí,PaulJacksonpresentólaponenciaOnecreaseorigami:lessismore,quemefascinó.Después(creoquefueen2011)tuveocasióndecomerconél,sumujerysuniñaenElEscorialconmotivodelaXIVConvenciónPapiroflexiaAEP(AsociaciónEspañoladePapiroflexia).Puesbien,comoteníaunsobrantedelpapelespecialqueempleoenmispoliedrosgeodésicos,pen-séejecutarconélunapequeñamuestra(Fig.13)delplisadoenespigaquesemuestraenellibrodePaulJackson(Página93).Sobreellavoyahacerunoscomentarios.

Alplisadoquenuestroautorllama“enherradura”yoprefierollamarlo“enespiga”porelparecidoconeltejidoenespiguilla.Elpapelqueusoparalosexterioresdelospoliedrosesunpapelfotográficoencolor,degramaje100ycolorazulmuyoscuro(blancoenelreverso;enlaFig.13,elanversoestáalaizquierdayelreversoaladerecha).Paraobtenerelblancodelaslíneasdeplegado,P.Jrecomiendapasarsobreellasunalimadeuñaspararetirareltintedelpapelydejaralavistaloblancodelfondo.Hayquesuponerqueestaoperaciónseharápresentandoelmodomontesobrelasuperficieoscura,paratodoslossegmentosdepliegue.Loquehagoenmicasoesdibujarconlápiztodaslaslíneasdeplegadoenelreversoblancodelpa-pelutilizandounaplantilladeespiga.Despuésrepasoesaslíneasconlapuntadeunatijerayunaregla.Comoesdifícilsaberaprioriquétramosdelíneaseránenmonteoenvalle,hagounplegadopreviodetodoslostramosenambossentidos.Sóloconestaoperacióntodaslostramosplegadostantoenmontecomoenvalle,vistosdesdeelladooscurodelasuperficieaparecen,apiezaacaba-da,segúnunafinalíneablancacomoconsecuenciadelmínimodesgarroproducidoenelplegadopreviosobrelacapadetintura.Otracuestión.Lafiguradelareferidapágina93muestrahorizontalmenteunalíneaenzigzagchatoquenosirvesinoparaconfundiralplegador,puesnopuedeserlíneadeplegado.Eltrucoquehaydetrásdeunafiguratanbellaeslaexistenciadeunosromboidesalargadosqueformanlaespigaasentadossobrelaslargaslíneasparalelas.Ladiagonalmenordeunromboidelodivideendostriángulosrectángulosigualesdemaneraquecadaunodeellostienesuhipotenusasobreunadelaslargaslíneasparalelasyelvérticedesuángulorectosobrelaotra(suadyacente).LaFig.15esla14completamenteaplastadamostrandoquenoexistelíneadeplegadoenladiagonalmenordelromboide.

Fig.13

Asísecumplelaimprescindiblecondiciónrequeridaparaquelosplegadosqueconfluyenenunnodoresultenaplastables,queesloqueseconsigueenlaFig.13.ElloeslaexpresióndelteoremadelincentrodeFushimiquedice:

“Paraproduciraplastamientoentornodeunnodo,escondiciónnecesaria(peronosuficiente)quelosángulosquetienencomovérticeelnodoycomoladoslaslíneasdeplegadoenélconcurrentessumen180otomadosenordenalterno”.

Delenunciadodelteoremasederivantrescosas:-Lodelordenalternoimplicaquelosángulosquehandeconcurrirenunnodoloseránennúmeropar.Deserimpar,algunalíneadeplegadosedesaprovechará.-Elnúmeroparesadmisibleencualquiercuantía.-Lacondicióndesuficienciaimplicaqueenelaplastamientonohadeproducirseinterferenciaentrelascarasaplastadas.Enlafiguradelapágina93dellibrodeP.Jlosromboidesaparecenatravesadosporaquelzigzagchatoqueaparentaserunalíneadeplegadoquenopuedeexistir.Encadanodoconcurren4planos,no6.

LaFig.14separecemásaunachistorrretaqueaunteo-rema.Yonopretendíaeso,peroelresultadoeselquees.Miintencióneraaplicaraunrelievecomoeldelasfiguras13elrecursoimaginativoydesingularrepercusiónestéti-cadelosplisadoscortadosqueP.Jdesarrollaenlapágina99desulibro.Yademás,queríaimplicarlosenplegadosaplastablesdemásdecuatroplanosconcurrentes.EnestaFig.14here-saltadoenazullas6líneasdeplegadoqueconvergenenunnodosatisfaciendolascondicionesdelteoremadeFushimiqueseexigenparaplegadosaplastables.

Fig.14

Fig.15