Tag Archives: Topologia

Un tortell matemàtic: el tor

torusAvui us vull presentar un objecte matemàtic molt especial: el tor. El tor es una superfície de revolució generada per un cercle que gira al voltant d’un eix que està en el mateix pla que ell, creant així una estructura semblant a un tortell o un flotador.
Aquesta superfície és orientable. Això vol dir de forma planera que un ésser que visqués dins aquesta superfície sabria en tot moment on es troba, si a la part de dintre o de fora de l’estructura. Per contra, la banda de Möebius és un altre objecte topològic del qual ja vam parlar en un altre article i que és no orientable.

Per tal de treballar millor amb el tor, existeix una representació d’aquesta superfície dins del pla de dos dimensions que és la següent:

Es tracta d’un quadrat amb els costats identificats dos a dos,  és a dir, que enganxaríem un costat blau amb l’altre costat blau form150px-toresvgant un cilindre i després enganxaríem un costat vermell (ara convertit en circumferència vermella) amb l’altre costat vermell (circumferència vermella) reconstruint així el tor, sempre que el material ho permeti, és clar (aquests petits detalls tècnics els deixem pels físics).

D’aquesta manera es poden estudiar millor les seves propietats i és més fàcil de manipular.

En relació amb aquesta representació del tor, aquí va una petita picada d’ullet amb els amants dels videojocs. A l’inici de les màquines de matar marcians en el nostre país, les denominades “arcades” en anglès, existia una denominada Asteroids als finals dels anys setanta, que va ser un mite durant molt de temps. Els joves d’avui en dia segur que troben Asteroids completament desfasada, però jo us asseguro que com a pionera d’aquest tipus de videojocs valia molt la pena.

Tot això ve al cas perquè resulta que la pantalla on es desenvolupava el joc era una representació plana d’un tor.

Ara us deixo amb un vídeo que ho demostra. Fixeu-vos que els objectes que desapareixen pel marge superior tornen a aparèixer pel marge inferior i a la mateixa distància de les cantonades i seguint la mateixa trajectòria i a l’inrevés, i el mateix passa amb els límits esquerra i dret. Figura que els objectes donen la volta al tor, bé per la circumferència petita (dalt-baix) com per la gran (esquerra-dreta).

Ho veieu? L’univers on es desenvolupa l’acció és un univers tòric!

Podríem posar altres exemples com ara les juntes tòriques habitualment fetes de goma que s’usen principalment per assegurar l’estanquitat de fluids -en els desguassos de les piques, per exemple- però no us vull marejar més.

Per acabar, us proposo un petit joc estival: una sopa de lletres tòrica, és a dir,  que el taulell quadrat té els costats identificats com abans i per tant les paraules poden començar a un costat però acabar a la mateixa alçada del costat paral·lel oposat tot seguint la mateixa inclinació tal i com feien els asteroides del videojoc.

Heu de trobar sis paraules:

  • 2 noms de matemàtics cèlebres.
  • 2 operacions aritmètiques.
  • 2 objectes geomètrics.

Podeu deixar les solucions en forma de comentari o bé demanar algun tipus de pista si aneu molt perduts.

Bona sort!

A

I

B

C

D

F

A

Q

E

F

G

S

H

I

E

I

J

U

K

L

M

I

N

R

O

B

P

A

Q

R

S

O

A

T

U

O

V

D

W

X

Y

Z

A

B

C

N

D

R

E

F

G

H

I

J

K

A

L

A

M

N

O

P

R

O

Q

C

F

T

R

S

S

D

B

E

U

C

L

I

D

E

T

I

U

V

S

I

W

E

B

X

F

V

Y

Z

A

T

S

B

C

A

La banda de Möbius

Aquest objecte matemàtic és una superfície amb una característica molt especial. Abans de continuar però, anem a construir aquesta “banda” o “cinta”.

Prenem un full de paper (din A-3, per exemple) i hi retallem un rectangle com el de la figura: 

 

Girem la cinta 180º:

I tot seguit enganxem amb cola els extrems com indica la figura:

Si ara intentem pintar d’un color, per exemple blau, la cara interna i de vermell l’externa, veurem que els dos colors es solapen. Això vol dir que no hi ha una cara interna i una d’externa com una cinta normal sinó que només hi ha una sola cara!!

Aquesta propietat prové del fet que es tracta d’una superfície que a matemàtiques anomenem no orientable.

Si voleu jugar una mica amb aquesta banda, dibuixeu una línia longitudinal que passi pel mig de la cinta i retalleu al llarg d’aquesta línia.

Què obtenim? Una banda o dues?.

El resultat és una banda de Möbius? Perquè creus que passa això?

Si en comptes de tallar per una línia que passi pel mig de la cinta, ho fas a un terç de distància d’una de les vores, què creus que s’obté?

Comprova-ho i raona per què passa això.

Ara que ja ens hem divertit, també cal comentar que aquestes matemàtiques tenen aplicació al món real i no només són un entreteniment com podria semblar en aquest cas. Aquesta banda té aplicacions com a cinta transportadora de manera que es duplica la seva vida útil ja que els rodets o cilindres per on passa la desgasten per tota la superfície i no només per una cara com passaria amb una cinta tradicional.

Aquesta cinta també és present a l’art. L’artista M.C. Escher, famós pels seus treballs amb rerefons matemàtics, té una obra on apareixen nou formigues caminant al voltant d’una cinta de Möbius.