Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Jak widać, powierzchnie mogą być różnie zakrzywione. Matematycznie te różne rodzaje zakrzywienia powierzchni można przedstawić następująco:

R1STT3xZkkfEw
Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

Powyżej widzimy trzy zakrzywione powierzchnie, ale nawet bez specjalistycznej wiedzy widzimy, że każda z nich jest zakrzywiona inaczej. Powiedzielibyśmy potocznie, że powierzchnia pierwsza od lewej jest „wklęsła”, ostatnia jest „wypukła”, a środkowa jest „...płaska”.

Powierzchnia pierwsza z lewej, ta, którą potocznie nazwaliśmy „wklęsłą” to powierzchnia siodłowa. Możemy ją też zaobserwować na przełęczy górskiej. Podczas wędrówki  górskiej często zdarza się, że najpierw schodzimy, a potem podchodzimy, przełęcz jest więc punktem najniższym.  Powierzchnia siodłowa nazywana jest paraboloidą hiperboliczną.

Środkowa powierzchnia to powierzchnia boczna walca i tylko ją spośród trzech zaprezentowanych można rozwinąć i w rezultacie otrzymać płaszczyznę.

Powierzchnia z prawej strony to dobrze nam znana powierzchnia kuli, czyli sfera.

Tym, co chcemy teraz zrobić, uczeni zajmowali się już od dawna. Euklides w swoim dziele „Elementy” opisał prawa geometrii na płaszczyźnie, ale uczeni zawsze obserwowali świat, widzieli powierzchnie, które nie są płaskie i zastanawiali się, jakie własności mają figury na takich właśnie powierzchniach, tym bardziej, że obserwacje nieboskłonu prowadzone już przez starożytnych astronomów wskazywały, że prawa geometrii na płaszczyźnie nie mają tutaj zastosowania.

Przykład 1

Powierzchnia stołu, ściany i wielu innych przedmiotów jest płaska, jak np. na poniższym zdjęciu:

R10GDEpAreF34
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Co to dla nas oznacza matematycznie?

Rozwiązanie

O płaszczyźnie wiemy dużo z lekcji matematyki. Tutaj przypomnimy tylko niektóre z naszych wiadomości:

Na powierzchni płaskiejpowierzchnia płaska, płaszczyznapowierzchni płaskiej można narysować czworokąt, który ma cztery kąty proste. Można narysować proste równoległe. Można narysować proste prostopadłe. Suma kątów wewnętrznych każdego czworokąta jest równa 360°.  Suma kątów wewnętrznych każdego trójkąta jest równa 180°. I wiele innych faktów matematycznych ….

Przykład 2

A co się dzieje, jeżeli takie „proste” elementy odbiją się w powierzchni kuli, która nie jest płaszczyzną, a powierzchnią zakrzywionąpowierzchnia zakrzywionapowierzchnią zakrzywioną w dobrze nam znany sposób? Popatrzmy na poniższe zdjęcie:

R1X26C1ZgxHus
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Rozwiązanie

Łatwo widzimy, że elementy w rzeczywistym świecie „proste” uległy zakrzywieniu i to już pozwala nam przypuszczać, że skoro obrazami odcinków są łuki, to być może inne zależności geometryczne, które są prawdziwe na płaszczyźnie, na sferzesferasferze też będą miały inną postać. To będzie przedmiotem naszej pracy badawczej.

Przykład 3

Poniższe zdjęcie przedstawia Cleveland Clinic Lou Ruvo Center for Brain Health autorstwa Franka Gehry'ego:

R5Omupab4VIRL
Lou Ruvo Center for Brain Health, Las Vegas, USA
Źródło: Monster4711, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Powierzchnia tego budynku jest zakrzywiona w inny sposób niż powierzchnia kuli; niektóre jej fragmenty przypominają powierzchnię siodłową. Z jakimi problemami geometrycznymi mogli tutaj spotkać się projektant i wykonawca?

Rozwiązanie

Na pewno wystąpiła tutaj kwestia równoległości i prostopadłości na powierzchni. Poza tym widać czworokąty; jak je konstruować na tak zakrzywionej powierzchni?

Przykład 4

Powierzchnię siodłową widać też w polskiej współczesnej architekturze użytkowej. Poniższe zdjęcie przedstawia dach na wejściem do dworca Warszawa Ochota jako przykład paraboloidy hiperbolicznej:

Rf1FwxTwuH1W0
Źródło: Radek Kołakowski, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.
Ważne!

Mówiąc o powierzchniach przedmiotów czy budynków, mamy na myśli powierzchnie zewnętrzne.

Ważne!

Pamiętajmy, że cały czas mamy do czynienia z powierzchniami dwuwymiarowymipowierzchnia dwuwymiarowapowierzchniami dwuwymiarowymi: poruszając się po powierzchni kuli, czyli sferze nie wchodzimy „w głąb” kuli, czyli „pod” sferęsferasferę, poruszając się po powierzchni budynku z przykładu 3. nie wchodzimy pod tę powierzchnię. Wszystkie figury geometryczne narysowane na omawianych przez nas powierzchniach będą miały dwa wymiary, nie będą przestrzenne.

Słownik

powierzchnia dwuwymiarowa
powierzchnia dwuwymiarowa

jedno z podstawowych pojęć geometrii; w geometrii elementarnej powierzchnię opisuje się jako pewne zbiory punktów lub prostych o określonych własnościach

powierzchnia płaska, płaszczyzna
powierzchnia płaska, płaszczyzna

jedno z podstawowych pojęć pierwotnych geometrii; można ją obrazować jako kartę papieru, powierzchnię stołu, czy płaskie pole, wyobrażając sobie je rozciągające się „w nieskończoność”

powierzchnia zakrzywiona
powierzchnia zakrzywiona

powierzchnia dwuwymiarowa, która nie jest płaska

sfera
sfera

powierzchnia kuli; opisuje się ją jako zbiór punktów przestrzeni równoodległych od danego punktu (środka sfery)