Es mostren els missatges amb l'etiqueta de comentaris Zometool. Mostrar tots els missatges
Es mostren els missatges amb l'etiqueta de comentaris Zometool. Mostrar tots els missatges

Les dimensions a Zometool: De 0D a 3D... i 4D!

Zometool és una eina fantàstica per a l'ensenyament experimental i manipulatiu de la geometria. Entre moltes altres aplicacions, ens permet representar físicament conceptes abstractes relacionats amb les dimensions (des de 0D fins a 3D... o fins-i-tot 4D!).

Com ja hem vist en anteriors entrades, el sistema Zome està basat en el node, que coneixem com a bola o que, si pensem en models matemàtics ideals, podríem anomenar punt.

El punt és una entitat de 0 dimensions. No té amplada, llargada, altura, ni cap altra característica dimensional. És un dels conceptes més elementals de la geometria.








Estirant aquest punt, obtenim una línia recta (o un segment de recta en aquest cas). La recta és un element de dimensió 1 (1D) ja que únicament té longitud.

Anàlogament, si estirem la línia perpendicularment a la seva llargada, obtenim una figura en 2 dimensions (llargada i amplada) en aquest cas, un quadrat (2D).












Finalment, i seguint la mateixa lògica, si estirem el quadrat perpendicularment a la seva llargada i amplada, el resultat és una figura tridimensional que té llargada, amplada i altura (3D) com el cub de la imatge.









Com seria una figura en 4D? El nostre món només admet les representacions fins a dimensió 3, però la imaginació sempre ens permet anar més enllà. Podem provar a seguir el mateix procediment que hem utilitzat per a saltar de 0D a 1D, 2D i 3D: estirar la figura perpendicularment a la seva dimensió. Així, l'aspecte que tindria un cub en 4D (o hipercub) seria el resultat d'estirar un cub perpendicularment i simultàniament a la seva llargada, amplada i altura. Efectivament, això no és gaire intuïtiu.

Una altra manera d'aproximar-nos a la 4a dimensió podria ser utilitzant les ombres o projeccions. Mirant la fotografia del cub veiem que aquest projecta una ombra sobre el pla. Aquesta ombra d'un objecte 3D és un objecte 2D (de fet, la pròpia fotografia també és un objecte 2D!). Anàlogament, si tenim físicament el cub a les nostres mans, podríem pensar que es tracta d'una ombra 3D d'un objecte 4D que som incapaços de veure...

Aquest tema és l'argument d'un clàssic de la literatura matemàtica, escrit en forma de relat breu: Planilàndia (Flatland), d'Edwin A. Abbott. En menys de 100 pàgines ens explica com és de sorprenent per als habitants de Planilàndia l'arribada d'un visitant de la 3a dimensió: una esfera. El podeu trobar a la biblioteca del beeslab.

Pilotes de futbol, satèl·lits i Buckminster Fuller.

Normalment, les pilotes agraden a tothom. També als dofins, gossos, gats... així que suposo que deu ser alguna predilecció dels mamífers per la forma esfèrica. De fet, milions d'éssers humans estaran pendents durant els propers dies dels esforços i suors d'una colla de milionaris en roba esportiva donant cops de peu a una pilota.

Estrictament, una pilota de futbol no és una esfera. Però s'hi assembla bastant. El disseny de les pilotes ha anat evolucionant segons les tècniques de fabricació de cada moment i incorporant modificacions en els materials utilitzats i el patronatge per a millorar-ne les prestacions (pes, velocitat, control...).

Aquests dies, al Mundial de Brasil, es juga amb una pilota anomenada Brazuca que té aquesta pinta:


Està formada per sis panells de poliuretà encolats, eliminant la necessitat de costures. I sí, és força colorida, però probablement d'aquí un temps poca gent la recordarà. Des de fa més de quaranta anys, quan parlem d'una pilota de futbol, la imatge que tenim al cap és més semblant a aquesta:



La pilota Telstar va ser introduïda al Mundial de Mexico 1970 i va suposar una revolució. Està formada per 20 hexàgons blancs i 12 pentàgons negres que es va convertir en l'estàndard per al futbol durant dècades. Els colors podien variar, però la configuració de pentàgons i hexàgons es va mantenir fins a 2006. 

En aquella època, als matemàtics i geòmetres els agradava més el futbol. Els jugadors perseguien un icosaedre truncat, que és un dels sòlids arquimedians o poliedres semiregulars. Té 32 cares, 12 de les quals són pentagonals i 20 hexagonals, 90 arestes i a cadascun dels seus 60 vèrtexs i concorren dues cares hexagonals i una pentagonal.

Un icosaedre és un poliedre regular format per 20 triangles equilàters. Truncar-lo significa retallar-ne els 12 vèrtexs a la mateixa distància. És precisament a cadascun d'aquests vèrtexs on apareixeran els 12 pentàgons, i els 20 triangles escapçats es convertiran en els 20 hexàgons de l'icosaedre truncat.

A cada vèrtex d'un icosaedre s'hi troben 5 triangles equilàters.
En escapçar cada vèrtex de l'icosaedre apareixen pentàgons i hexàgons.
La figura resultant de suprimir els vèrtexs negres és un icosaedre truncat.
Si en comptes d'utilitzar Zometool, construïm els poliedres amb ITSPHUN, el procés és igual d'interessant i el resultat és molt més viu. Un Mundial de futbol amb una pilota així sí que seria memorable!



Per cert, el nom de la pilota Telstar és un reconeixement al primer satèl·lit comercial de comunicacions que va entrar en funcionament el 1962 i que també té una forma gairebé esfèrica.

Probablement un homenatge més encertat hauria estat dedicar-la a Arquímedes o a Buckminster Fuller però es corria el risc de que algun futbolista necessités obrir un llibre. El 1983, amb el descobriment de la tercera forma més estable del carboni (després del diamant i el grafit) ja es va trobar una estructura menys frívola a la que van batejar com a Buckminsterful·lerè.

Introducció a Zometool

Zometool és un joc de construcció en plàstic, de fabricació Nord-Americana, que permet la construcció senzilla de figures definides per les seves arestes. Els seus elements són barres de diferents longituds i codificades per colors que encaixen en unes obertures determinades dels nodes.

El node (o bola) és la peça clau de tot el sistema. Té 62 obertures de formes diferents disposades en uns angles i orientacions molt precisos. El disseny definitiu d'aquesta peça s'ha aconseguit després de gairebé 30 anys de recerca. Tot i això, té les seves limitacions: només podem construir amb barres de les longituds donades i en uns angles concrets... però la quantitat de figures que es poden obtenir és molt superior a qualsevol altre joc existent en l'actualitat. Que l'utilitzin científics i investigadors en el seu treball diari és garantia de rigor geomètric; que els nens i nenes passin hores jugant-hi vol dir que és un producte magnífic i molt divertit!

Les barres encaixen únicament en unes obertures determinades: les blaves, en els forats rectangulars; les grogues en els triangulars; les vermelles en els pentagonals. Això facilita la construcció al limitar les orientacions que es poden adoptar amb cada tipus de barra.

La forma dels connectors i l'orientació que prenen les barres no és casual. Les barres blaves -rectangulars- equivalen al número 2 i són paral·leles als eixos de simetria dobles. Les barres grogues -triangulars- representen el número 3 i són paral·leles als eixos de simetria triples. Les barres vermelles -pentagonals- representen el número 5 i... ja imagineu a què són paral·leles.

Tot plegat, amb totes les barres connectades en un sol node, obtenim els eixos de simetria del dodecaedre i l'icosaedre... però això ens és de ben poca ajuda a l'hora de construir.

De fet, res del que pugui escriure servirà per a res si no teniu un Zometool a les mans. La única manera d'aprendre'n el funcionament és precisament utilitzant-lo, provant, equivocant-se i tornant-ho a provar.

Si ja el teniu, probablement no estigueu llegint això, i si tot just el descobriu ara, podeu venir al beeslab i us en farem una demostració abans de comprar-lo.




Zometool a l'escola

Una de les primeres coses que va ocupar els prestatges del beeslab va ser un Zometool Creator 1 que ens va portar personalment en Xavier de Lu2 quan encara no havíem acabat les reformes de nou local.

Des de llavors, hem anat ampliant la colecció i ha estat una de les nostres eines preferides per a les classes de geometria. Les possibilitats de Zometool són enormes: és un joc apassionant per als nens alhora que una eina de visualització molt potent i rigorosa. Com hem comentat en altres ocasions, la comprensió de l'espai tridimensional és una habilitat imprescindible en tots els àmbits de la ciència i la tecnologia. Zometool és senzillament una de les millors opcions: combina la manipulació directa d'elements senzills amb la possibilitat de crear figures molt complexes.

Els amics de Lu2 han realitzat uns tallers per a escoles on s'ha fet evident l'alt interès pedagògic de Zometool, reflectit en els comentaris dels professors i en la satisfacció dels alumnes en parlar de les seves construccions. Aquest és el vídeo d'una de les jornades:



Si voleu aprendre geometria amb nosaltres, servint-nos de les possibilitats del Zometool o directament esteu interessats en comprar-ne un joc, podeu passar pel beeslab, al carrer Guitard 41 de Barcelona. A més d'utilitzar-lo diàriament a classe, el tenim a la venda.

Cristalls de gel (GQ001)

Ja han arribat les primeres nevades de l'hivern i el paisatge de les muntanyes s'ha cobert de blanc.
Amb el fred, no plou aigua sinó neu. Però... si tots sabem allò de que l'aigua pot estar en estat sòlid, líquid o gasós... com és que no plouen gotes de gel?

De fet, evidentment, la neu està formada de gel. Gotes d'aigua molt freda que juntament amb partícules de pols i bactèries s'ha congelat en núvols per sota els -12˚C.

Podríem pensar que aquí s'acaba tot i que totes les volves de neu són iguals (de la mateixa manera que diem que no podem distingir entre dues gotes d'aigua), però des del precís instant en que es comencen a formar, la temperatura i humitat de l'ambient influencien en la manera com cada cristall de gel es desenvolupa. I cada floc de neu és el resultat de diversos cristalls de gel combinats durant la caiguda i moldejats per l'acció del vent

Una característica comú dels cristalls de gel és l'organització hexagonal, amb 6 simetries rotacionals (girant-los 60˚ l'aparença serà la mateixa) i 6 simetries especulars (amb la imatge duplicada en un mirall en 6 posicions diferents). Des de l'antiguitat, ens hem meravellat amb les formes delicades (i efímeres!) que presenten i Wilson Bentley, un granger nord-americà, va dedicar la seva vida a contemplar-les i fotografiar-les. Aquesta és una mostra del seu immens treball documental:



Amb el Zometool podem construir cristalls de gel en 2 dimensions i observar-ne les simetries. Si afegim unes quantes barres més, obtindrem un estel. 



Cristalls de gel, estels... A l'univers, una vegada més, el que és microscòpic i fràgil ho trobem a la vora de l'enorme i poderós.