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sábado, 18 de septiembre de 2010

Fractales 3D, Ambrosía para los Sentidos

Un Fractal es un dibujo semigeométrico cuya estructura básica, fragmentada o irregular, se repite a diferentes escalas y se genera a partir de un algoritmo recursivo. Partiendo de una fórmula matemática y recurrente, surgen figuras o estructuras de gran belleza y muchas veces guardan similitud con las que se dan en la naturaleza, por ejemplo un fractal con forma de helecho.

El término fue propuesto por el matemático Benoît Mandelbrot en 1975 y deriva del Latín fractus, que significa quebrado o fracturado. De ahí que los conjuntos de fractales más famosos lleven su nombre. Conjunto de Mandelbrot.



Conjunto de Mandelbrot en 2D y el mismo conjunto en 3D

Hasta hace relativamente poco, las imágenes a las que estábamos acostumbrados de los fractales eran en dos dimensiones, pero gracias a la tecnología ya las podemos disfrutar en todo su esplendor en 3D. Y este es el resultado.





 
 





















Fuente y más Fractales en 3D: The Unravelling of the Real 3D Mandelbulb

viernes, 17 de septiembre de 2010

La Proporción Áurea y su Razón de Ser


Hace unos meses publiqué un artículo dedicado a la Proporción Áurea, esa divina proporción geométrica que se encuentra de forma natural en cuanto nos rodea y también en nuestras matemáticas, nuestra arquitectura y nuestro arte. Hasta ahora era uno de los mayores misterios de la naturaleza del Universo, puesto que se encuentra en la composición de las Galaxias, en la División Cassini de los Anillos de Saturno, en los pétalos de una flor, en la disposición de las ramas de los árboles, en la concha de un caracol, en los copos de nieve, en los rasgos de un rostro humano y hasta en las Pirámides o el Partenón de Grecia.




Pues bien, parece ser que Adrian Bejan, profesor de ingeniería mecánica en la Escuela Pratt de Ingeniería de la Universidad Duke, cree saber por qué la proporción áurea aparece en todas partes: ha llegado a la conclusión de que es un camino para unificar la visión, el pensamiento y el movimiento bajo una sola ley de "ingeniería" de la naturaleza.

El "diseño" natural que conecta la visión y la cognición responde, según Bejan, a la Teoría Constructal. Concebida y publicada inicialmente por Bejan en 1996, esta teoría surge del principio básico de que los sistemas de flujo evolucionan para minimizar las imperfecciones (la energía gastada en la fricción u otras formas de resistencia) de modo tal que se pierda la menor cantidad posible de energía útil.


La teoría se aplica virtualmente a todos los movimientos. Por ejemplo, el flujo del tráfico, el enfriamiento de dispositivos electrónicos a pequeña escala, las corrientes de los ríos y las relaciones universales entre la masa corporal de los animales y su velocidad, así como la frecuencia y fuerza de sus pasos, aleteos u ondulaciones que propulsan sus cuerpos hacia adelante.

Y es también a los ojos humanos, el mejor aliciente para los sentidos. De ahí que la llevemos usando en nuestros cuadros y arquitectura cientos de años.

Más Información: La Proporción Áurea, una Divina Proporción

Fuente: Una posible explicación para la Proporción Áurea

martes, 14 de septiembre de 2010

Los Beatles en el Espacio

El pasado 4 de febrero de 2009 la NASA cumplió 50 años y decidieron hacer algo especial para conmemorarlo. Así que, ¿por qué no mandar una canción al espacio? La elegida fue "A través del universo" de los Beatles, ya que por azar, ese día se cumplía el 40 aniversario de la grabación de la canción. Y su señal se emitió hacia la estrella Polaris.

Un viernes 11 de septiembre de 2009, Ian O'Neill de Space Disco, se preguntó cuán lejos había podido llegar en tan solo 218 días.



La estrella más cercana está a 4’5 años/luz, es decir, la luz a una velocidad de 300.000 km/s, tarda 4 años y medio en llegar. Si Polaris se encuentra a 431 años luz de la Tierra eso quiere decir que sólo ha recorrido 0,59 años/luz.

Se puede calcular así:

La señal viajó durante 218 días. Lo pasamos a segundos (porque la velocidad de la luz es km/s): 218*60*60*24=18.835.200

Ahora multiplicamos cada día por la cantidad de segundos que contiene cada uno. Un día tiene 24 horas de 60 minutos cada una de 60 segundos cada uno. La velocidad de la luz es 300.000 km/s (redondeando), es decir que en un segundo la luz viaja 300.000 km. Si nuestra señal viajó durante 18.835.200 segundos, multiplicamos esa cifra por los 300.000 y obtenemos 5.650.560.000.000 km viajados en 218 días (5,6 x 1012). Aproximadamente 5 Billones de kilómetros. Vamos, que son las afueras de nuestro vecindario. Más o menos por la Nube de Oort.


Fuentes:


domingo, 5 de septiembre de 2010

La Proporción Áurea. Una Divina Proporción

El número φ Phi (fi) o Proporción Áurea, es un número irracional que está relacionado directamente con una proporción que se puede encontrar tanto en la naturaleza, como en las figuras geométricas. Fue aproximadamente 300 años a. C. cuando por primera vez Euclides realizó un estudio bastante serio sobre este número, aunque se cree que Platón ya tenía una leve noción de lo que podía ser. La cifra concreta es 1,618… y se aplica de la siguiente forma.

Dividimos una línea recta en dos partes pero una mayor que la otra, de forma que la proporción de la mayor con respecto a la menor, sea igual a la proporción de la mayor con respecto al total.

Esta maravillosa proporción lleva dándose en todo el planeta de forma natural desde los albores de los tiempos, fascinándonos con su belleza. Para ver su efecto en 2D aplicaremos Phi a un rectángulo. Dividimos el rectángulo en dos partes en Proporción Áurea y el resultado debería ser un cuadrado, más otro rectángulo que en proporción es idéntico al primero. Pues bien, si lo seguimos aplicando sucesivamente a los rectángulos más pequeños que van surgiendo, al final nos da una Espiral Logarítmica.


La naturaleza, que es muy sabia, ha encontrado en esta proporción la forma de optimizar los resultados y la podemos ver en la concha de una caracola. En los pétalos de las flores, en la disposición de las pipas de un Girasol, (el papel del número áureo en la botánica recibe el nombre de Ley de Ludwig), en las hojas de los tallos de algunas plantas, (esto garantiza un máximo aprovechamiento de la luz solar). En la relación de las nervaduras de los árboles, en la relación entre el grosor de las ramas y el tronco, o entre las ramas principales y las secundarias. En la distancia entre las espirales de una piña. En los copos de nieve, (no existen dos copos de nieve iguales, pero todos, sin excepción, guardan la Proporción Áurea en su forma. figura inferior izquierda). En la forma espiral de las Galaxias. Hasta la División Cassini de los anillos de Saturno está exactamente en la Proporción Áurea de los mismos.



Es también una relación directa entre las proporciones, que a nuestros ojos, nos hacen ver belleza en un rostro. Una cara hermosa está relacionada con el número Phi ya que está proporcionada justo en esa medida.



Y también encontramos esa proporción en el resto del cuerpo humano. Se encuentra en la relación entre la altura total y la altura del ombligo. Entre la distancia del hombro a los dedos y del codo a los dedos. Entre la altura de la cadera y la altura de la rodilla. Entre el primer hueso de los dedos, (metacarpiano), y la primera falange, o entre la primera y la segunda, o entre la segunda y la tercera. Entre el diámetro de la boca y el de la nariz, etc…




Y ahora que ya hemos visto lo que la naturaleza hace con este número, vamos a verlo desde el punto de vista matemático. Por ejemplo, la figura Pentágono equilátero guarda religiosamente la Proporción Áurea del mismo modo que lo hace un pentagrama.



Las líneas diagonales que se extienden de una esquina a otra, (figura izquierda, en azul), se cruzan entre sí en la Proporción Áurea, lo cual nos acaba dando un Pentagrama Áureo, (figura derecha). Y a su vez, la proporción entre la línea azul diagonal y la línea roja que va de A a B, (figura izquierda), también guarda esa proporción.

Pero vayamos más lejos aún. Esta proporción se ha aplicado al arte, a la música, a la escultura, a la arquitectura. Leonardo Da Vinci la usó para su famoso cuadro El hombre de Vitruvio. Dalí la descubrió en los años 40 gracias a un amigo científico que lo asesoró en cómo aplicarla a sus cuadros, y de ahí nacieron sus obras más reconocidas, Leda Atómica o La última cena entre otras. Velázquez, Durero o Miguel Ángel también la usaron.

La relación de la forma de la Gran Pirámide de Gizeh. Herótodo afirmaba que el cuadrado de la altura es igual a la superficie de una cara, pero esto sólo es posible si la semi-sección meridiana es proporcional al triángulo rectángulo. La raíz cuadrada del número áureo a la altura hasta el vértice inexistente y el número áureo o hipotenusa del triángulo a la apotema de la Gran Pirámide, (aunque esta afirmación es perfectamente posible, existen desacuerdos ya que se cree que debido a la antigüedad de la misma, dicha precisión debía tener pequeños fallos). La relación en las partes, el techo y las columnas del Partenón en Atenas. O la relación en la altura y la división en sus partes de la Torre Eiffel.






En la música la podemos encontrar en las estructuras formales de las sonatas de Mozart, en la Quinta sinfonía de Beethoven o en las obras de Schubert o Debussy, que muy probablemente la aplicaron de forma inconsciente, basándose en equilibrios de masas sonoras. De hecho, cualquier melodía que no guarde esta proporción en sus notas, nos sonaría asonante, extraña. Hay que mencionar que la Proporción Áurea está estrechamente relacionada con la Sucesión de Fibonacci, pero eso, lo dejaremos para otro post.

Por todo esto, que nos hace plantearnos si hemos inventado las matemáticas o las hemos descubierto, y en cómo todo lo natural guarda un patrón matemático en su fondo, se la ha llamado, la Divina Proporción.