El sistema diedrico: Desarrollos

Desarrollo de una superficie.

El desarrollo de una superficie es la figura plana obtenida al extenderla sobre un plano. Es como si una figura estuviera envuelta por un material fino en su superficie que se abriera a lo largo de las aristas. Al ir abriendo cada una de sus caras las doblaríamos hasta situarlas en un plano del dibujo, quedando extendido el envoltorio de la figura sobre el plano.
Al desarrollar la figura sobre un plano se obtiene el verdadero tamaño y forma de las caras.

Para construir el desarrollo de una pirámide, hacemos un giro de sus caras tomando como eje de giro la arista del plano t2 correspondiente a la base. Para hacer el giro proyectamos el vértice de la pirámide O sobre el plano horizontal y desde este punto O’ hacemos una recta perpendicular m2 a la traza del plano t2 correspondiente a la cara. Haciendo centro en el punto Z2 de intersección de esta perpendicular con la traza del plano, hacemos un giro tomando como radio la distancia desde el centro Z2 hasta el vértice de la pirámide O. El arco correspondiente al giro de vértice O determina en la intersección con la perpendicular m2 a t2 el vértice abatido (O2), que unido a los extremos de la traza de la cara t2 constituye la cara abatida de la pirámide (en el dibujo aparece en color rojo).
Las tres caras abatidas junto con la base de la figura determinan la figura extendida sobre el plano, en geometría se llama el desarrollo de la misma. Podemos doblar los triángulos rojos por los lados que tocan a la base de la figura (t1 t2 t3) y se construye así la pirámide en tres dimensiones.

En el dibujo vemos el ejercicio resuelto en el sistema diédrico. Para hacer el abatimiento de las caras, tomamos una de ellas, por ejemplo aquella cara cuyo plano corta al horizontal según la recta t2. Haciendo desde el vértice de la pirámide una perpendicular a esta recta m2 y tomando el punto de intersección de ambas Z2, hacemos centro en él con la distancia desde ese punto Z2 hasta el vértice de la pirámide abatida O2’. Para hacer el abatimiento de ese triángulo que está en un plano vertical tomamos la altura del vértice de la pirámide h que está en el alzado en verdadera magnitud y la colocamos a partir del vértice en planta O ortogonalmente a la recta m2. De esta manera obtenemos el vértice de la pirámide abatido O2’ y la pendiente de la cara, definida por los puntos Z2-O’2.
A continuación haciendo centro como habíamos dicho en la intersección de la perpendicular a la traza de la cara, en Z2, hacemos el arco con el radio Z2-O’2 y donde corte este arco a la prolongación de la perpendicular m2 tenemos el vértice de la pirámide abatida (O2) y por tanto el abatimiento de esta cara, ya que los otros: al estar en el eje del giro, permanecen inalterables. Este punto se une con los extremos de t2 y tenemos toda la cara abatida.
Para abatir las otras dos caras procedemos de igual forma. Las tres caras triangulares abatidas (en color rojo) junto con la base de la figura (en color amarillo) definen el desarrollo de la pirámide oblicua, con lo que se podría recortar el contorno y doblar por la intersección de cada triángulo rojo con el amarillo, obteniendo de esta manera la figura construida, por ejemplo en papel.

Tipos de desarrollos:

Se puede desarrollar mediante líneas que pasan por un centro, también llamadas radiadas.
Una figura se puede desarrollar mediante líneas paralelas como pasa con las superficies radiadas de vértice impropio: los prismas y cilindros. Este desarrollo corresponde a superficies radiadas de punto impropio como son las pirámides y los conos.

Mediante triangulaciones, esto se obtiene al dividir las caras de la superficie en formas triangulares.

Desarrollos aproximados, son los que se utilizan para las superficies alabeadas y de doble curvatura, superficies que no se pueden desarrollar pero que se pueden obtener formas aproximadas de su extensión sobre el plano.

Desarrollar una superficie es extenderla sobre un plano. Cada cara de la figura gira hasta quedar perfectamente coplanaria con la adyacente.

En el dibujo observamos como la caja empieza a abrir sus caras hasta que para que se produzca el desarrollo o extensión sobre el plano deben ser todas coincidentes en el mismo.

Para hacer el desarrollo de una pirámide sólo hay que abatir sus caras. Para abatir la cara azul de la pirámide consideramos el plano vertical que contiene a la proyección de este punto V sobre la base. Donde éste plano vertical corta a la cara de la figura VC se hace centro en C con la distancia VC hasta el vértice V de la figura. Este giro en el espacio del vértice de la figura intercepta a la línea de intersección C-(V) del plano vertical con el plano de la base en el punto abatido (V).

Este giro que hemos hecho en el espacio lo podemos hacer en planta por lo que el plano vertical es el que se abate poniendo la altura h en planta y la operación de girar el vértice V de la figura se hace sobre el plano de la planta.

En la figura observamos en planta como se hace el abatimiento de la cara azul, a partir de la proyección del vértice en planta colocamos la altura en una paralela a la arista de la base MN. haciendo centro en el punto C y tomando como radio la distancia desde este punto hasta el extremo de la altura (V') hacemos un marco hasta que corte a la perpendicular a MN por V' .

Una vez que obtenemos el vértice abatido (V) lo unimos con los dos extremos MN del la arista de la figura. Haciendo centro en cada uno de estos extremos y tomando como radio para los arcos de las aristas del nuevo triángulo abatido azul interceptamos en la intersección de estos dos arcos bc con las perpendiculares desde el vértice V a los lados de la base del triángulo los vértices W Q de las otras dos caras abatidas.

En la figura observamos como un cubo empieza a desplegar sus caras para generar próximamente un desarrollo o extensión sobre el plano.

A la hora de hacer el desarrollo del cubo hay que tener en cuenta los puntos que son coincidentes en el giro de las caras. por ejemplo, en la figura, mediante el giro de dos caras unidas por el vértice vemos que los puntos BB son coincidentes con un simple giro de 90° de las cargas unos respecto a la que tienen al lado. En el caso del punto A ya es más complicado, hay que girar las cuatro caras 90°, teniendo en cuenta que la cara más alejada gira primero con la cara adyacente otros 90°, con lo que al final esta cara gira 180°.

En la figura observamos un cilindro ensistema diédrico y su desarrollo en color amarillo. Observamos en el desarrollo que la altura del mismo permanece invariable así como las dos circunferencias del mismo. La superficie cilíndrica se transforma al desarrollarse en un rectángulo cuyo lado de la base k corresponde a la longitud de la circunferencia: el radio por dos y por pi, esto es el diámetro por pi, lo que se llama la rectificación de la circunferencia, gráficamente la podemos obtener tomando el diámetro y dibujándolo 3,14 veces, uno a continuación del otro. Para hacerlo gráficamente sobre una línea marcamos con el compás el primer diámetro a continuación el siguiente y luego el siguiente, a continuación tomamos un cuarto diámetro y por el teorema de Thales lo dividimos en 10 partes de las que cogemos 1,4.

En la figura observamos el desarrollo de un cono. El cono en el sistema diédrico a la izquierda aparece con dos medidas, 10 unidades para el radio de la base y en el alzado observamos que tiene 60 unidades para la generatriz, definida mediante un arco de circunferencia en color rojo. Para hacer el desarrollo de la superficie de revolución tenemos que hacer un sector circular cuyo radio es igual que la generatriz del cono y cuyo ángulo se puede obtener mediante una regla de tres, teniendo en cuenta que la longitud del arco del sector es igual a la longitud de la circunferencia de la base.

De esta forma 2 por pi por la generatriz será a 360º como 2 por pi por el radio de la circunferencia de la planta será a equis ángulos. X por tanto será igual a 360º por el radio de la circunferencia de la base partido por la generatriz del cono dada en el alzado.

Podemos comprobar que siendo el radio de la circunferencia en planta un sexto de la generatriz del cono, el ángulo de la figura desarrollada correspondiente al sector circular será un sexto, pues hay una relación entre el radio de la circunferencia de la base a la generatriz como del sector a la circunferencia.

En la figura podemos observar el desarrollo de una letra V.

El desarrollo de una letra T, en la que debemos cuidar que el giro de las caras para que no interfieran entre sí.

Hay distintas soluciones para la misma figura, tenemos que tener en cuenta que para que se lleve a efecto el desarrollo la figura deberíamos poder construirla por ejemplo en papel, por lo que sus caras no se pueden superponer, esto quiere decir que la cara adyacente a otra cara no se puede solapar como otra cara que esté adyacente a la última.

En la figura podemos observar unas escaleras y su desarrollo.

Figura en forma de L en la que es incipiente el giro de las caras hasta completar más adelante el desarrollo de la figura.

Desarrollo de una superficie prismática con un grosor dado de chapa y sección de la misma para indicar un detalle del grosor.

En la figura observamos otra superficie prismática con su correspondiente desarrollo. El detalle cilíndrico hueco enlazado con una cara de la figura mediante una superficie de doble curvatura llamada escocia no es desarrollable, por lo que no aparece en el desarrollo de la figura.

Otro detalle de una figura de chapa en la que observamos elementos como las líneas por las que se dobla la superficie que aparecen mediante segmentos mayores y menores alternos.

Otra figura de chapa que representa un prisma hueco de base pentagonal regular y un posible desarrollo de la misma.

Otro prisma pero sin tener en consideración el grosor de las caras por lo que es una superficie "enteramente" plana como por ejemplo, la que podría corresponder a una figura de papel.

Otro detalle de desarrollo de prisma de base triangular equilátera con un el doblaje en las aristas superiores y con un detalle a mayor escala, este detalle refleja la escala del objeto original, no la del dibujo que tiene al lado.

Figura desarrollada sobre un plano con una posible solución en la colocación de las caras para que no interfieran entre sí. El rayado discontinuo entre caras muestra la línea por donde se debe recortar recortar.

En el dibujo se ve el giro de las caras de una T que puede dar lugar a continuación al desarrollo de la figura.

Otra representación espacial del desarrollo de una V.

En la figura observamos el desarrollo de la figura anterior a la izquierda, en el centro podemos ver cómo se empiezan a plegar las caras hasta construir en una proyección ortogonal a la derecha la figura.

Para la comprensión de las figuras cuando se hace el giro de las caras de la superficie desarrollada conviene dar distintos colores según sea la superficie interna o externa de la figura. En la figura podemos observar el exterior en color rojo y la parte interna de la superficie desarrollada en color verde.

En la ilustración podemos observar la resolución de un ejercicio mediante el desarrollo de una figura. Se trata de calcular la distancia más corta entre dos puntos AB que están sobre la superficie exterior de un vaso (en color verde) y la parte interior del mismo (en color amarillo). Cuando el cilindro hueco lo tenemos en axonometría, como aparece el dibujo de la izquierda, no resulta muy intuitivo determinar cómo calcular esa distancia entre ambos puntos, mientras que en el sistema diédrico como quedan perfectamente definidos la posición de sus puntos mediante la proyección en planta y alzado (en la figura del centro), parece que resulta algo más claro cómo determinar la distancia entre ambos, aunque tenemos el problema de que ambas superficies donde están los dos puntos son curvas lo cual complica algo en principio la resolución del ejercicio.

La solución la tenemos en el dibujo de la derecha, si desarrollamos la superficie cilíndrica tenemos que la altura del cilindro es invariable, es la medida de su generatriz obtenida del alzado en verdadera magnitud, mientras que la base de los dos rectángulos es la longitud de la circunferencia roja, el radio por dos y por 3,1416.

Dibujando en consecuencia la rectificación de la circunferencia tenemos ya la base de los dos rectángulos y sus alturas, los dibujamos unidos y marcamos la posición exacta de los dos puntos sobre cada uno de los rectángulos. La altura de cada punto sobre cada rectángulo está también en verdadera magnitud en el alzado mientras que su coordenada horizontal se puede obtener rectificando la porción correspondiente a partir de un punto del cuadrante de la circunferencia. Ello se puede hacer mediante una regla de tres, si por ejemplo empezamos a contar a partir de el punto del cuadrante de la izquierda a partir del eje horizontal que pasa por el centro de la circunferencia, tenemos que A queda a unos 45° en el sentido contrario a las agujas del reloj, 45° es un octavo de los 360° de la circunferencia por lo que la rectificación del segmento horizontal correspondiente a este punto será un octavo de la rectificación total de la base del rectángulo. Una vez que tenemos la coordenada horizontal y vertical de cada punto los dibujamos sobre ambos rectángulos. Uniendo ambos puntos sobre los dos rectángulos mediante un segmento rectilíneo tenemos la distancia real más corta entre ambos; si al mismo tiempo doblamos por la línea la que separa el rectángulo verde del rectángulo amarillo hasta convertirla en un cilindro adecuado a la circunferencia roja de la base, observamos que hemos construido el cilindro en el que se dibuja la trayectoria exacta con la distancia más corta entre los dos puntos.

El sistema diedrico

domingo, 10 de junio de 2012

Desarrollos

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