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Lugares Geométricos - S1


LUGARES GEOMÉTRICOS EN EL ESPACIO: Es un conjunto de puntos del espacio que verifican una misma propiedad.
En un curso habitual de geometría del espacio en bachillerato se estudian diversos lugares geométricos sencillos. Por ejemplo, el PLANO MEDIADOR de un segmento es el conjunto de puntos del espacio que están a igual distancia de un segmento dado. O lo que es equivalente, el plano perpendicular al segmento por su punto medio. De la misma manera, un PLANO BISECTOR es el conjunto de puntos del espacio que está a igual distancia de dos planos que se cortan. Es decir, divide en dos partes iguales el ángulo diedro formado por los dos planos secantes, por lo que, en realidad, habría dos planos bisectores.

ESFERA: Es el lugar geométrico de los puntos del espacio que están a igual distancia de un punto dado (centro). Si el centro tiene coordenadas (a, b, c) y el radio es r, la ecuación cartesiana de la esfera se obtiene expresando algebraicamente la condición dada: (x - a)² + (y - b)² + (z - c)² = r².
Las ecuaciones paramétricas vienen dadas por esf_ec2.

esferapr

La esfera es un caso particular del ELIPSOIDE, cuyas ecuaciones paramétricas son muy similares:

elips_ec2
donde m, n y p son los semiejes.

elipsoide

ARQUÍMEDES Y LA ESFERA

Arquímedes de Siracusa (h. 287 a. C. - h. 212 a. C.) estudió la relación existente entre los volúmenes y las áreas de la esfera y el cilindro. Puedes comprobar que son iguales las áreas del cilindro y la esfera inscrita en él: 4pr².
Sus métodos de cálculo pueden considerarse precursores del actual cálculo integral.

arq1

SUPERFICIES CÓNICAS: Fijado un punto del espacio P(a, b, c) y una curva C(f(t), g(t), h(t)), el conjunto de todos los puntos pertenecientes a todas las rectas que unen P con cada punto de C constituye una superficie cónica de vértice P y directriz C.
Por tanto, las ecuaciones paramétricas de tal superficie serán: supcon.

cono

Podemos obtener un sencillo caso particular con una circunferencia como curva directriz, tomando las ecuaciones C(cost, sent, 0).

Pero C no tiene por qué ser siempre una curva cerrada.

spconicas

CARTOGRAFÍA

Tanto el cilindro como el cono son figuras desarrollables en un plano; por tanto, ambas pueden servir para proyectar la esfera y poder trazar mapas planos de la esfera terrestre.

conesf

SUPERFICIES CILÍNDRICAS: Fijado un vector v(a, b, c) y una curva C(f(t), g(t), h(t)), el conjunto de todos los puntos pertenecientes a todas las rectas que cortan a C con dirección v constituye una superficie cilíndrica de directriz C y generatrices paralelas a v.
Las ecuaciones paramétricas de tal superficie son: supcil.

cilindro

Al igual que en el caso de las superficies cónicas,  el caso más conocido es aquel en el que la curva directriz es una circunferencia.
Pero hemos de advertir que, también, las superficies cilíndricas pueden tener curvas directrices abiertas...

cilindro2

MECÁNICA

Muchas veces hablamos sin pararnos a pensar en lo que decimos: motor de ocho cilindros en V...

cilindrosV

SUPERFICIES DE REVOLUCIÓN: Una curva C(f(t), g(t), h(t)) que gira en torno a un eje E (recta) genera una superficie de revolución. En el caso en que E es el eje OZ, las ecuaciones paramétricas de la superficie vienen dadas por: ec_srev.

sup_rev_1

Algunas de las superficies que ya hemos visto, son también superficies de revolución.
Así, un cono cuya curva directriz es una circunferencia, es una superficie de revolución generada por una recta que gira en torno a otra.
La esfera es una superficie de revolución generada por una circunferencia que gira en torno a uno de sus diámetros. Etc.

sup_rev_2

TORNO

Tanto el torno de mecánico como el de alfarero o el de ebanista, nos permiten generar superficies de revolución.

alfarero

SUPERFICIES DE TRASLACIÓN: Dadas las curvas C(f(t), g(t), h(t)) y D(m(t), n(t), p(t)) que se cortan en el punto P(a, b, c) se genera una superficie de traslación al desplazarse paralelamente a D cada uno de los puntos de C, de forma que P va recorriendo todos los puntos de D. Las coordenadas paramétricas de dicha superficie son: sup_tras.

sup_tras

Un cilindro de sección circular también puede considerarse una superficie de traslación.

sup_tras_3

sup_tras_2

LA TÉCNICA

La técnica requiere el uso de las superficies de revolución por sus específicas características geométricas.

chimenea

CUÁDRICAS: Son superficies cuya ecuación implícita es un polinomio de segundo grado en x, y, z. De alguna manera están asociadas a las cónicas. Exponemos los casos particulares en que los ejes de las cuádricas coinciden con los ejes de coordenadas:

elipsoide1
ELIPSOIDE
elipsoide
HIPERBOLOIDE DE UNA HOJA
hiper1h
hiperb1h_1
hiperb2h
HIPERBOLOIDE DE DOS HOJAS
hiperb2h
PARABOLOIDE ELÍPTICO
paraE
paraboloideE1
paraboloideH1
PARABOLOIDE HIPERBÓLICO
paraH

LA ARQUITECTURA

No hay más que prestar un poco de atención a nuestro alrededor, o mirar el mundo a través de revistas o de la televisión, y podremos darnos cuenta de la profusa utilización de este tipo de superficies en edificios, muchas veces emblemáticos.

edificio1
L'Oceanográfic. Valencia. Félix Candela
brasilia1
Catedral de Brasilia. Oscar Niemeyer
sidney
Ópera de Sidney. Jorn Utzon