Misceláneas: Lugares geométricos. Epicicloides e Hipocicloides.

Lugares geométricos: Epicicloides e Hipocicloides.

Continuamos con el estudio de los lugares geométricos y en esta entrada vamos a desarrollar una aproximación al conocimiento genérico de los conocidos como "Epicicloides" e "Hipocicloides" que son un tipo de Epi/Hipo Trocoides que a su vez son una clase de las Ruletas.

Dentro del amplio grupo de cicloides analizaremos los ll.gg. generados por un punto de una circunferencia, o dependiente de ella, cuando dicha circunferencia, a la que llamamos generatriz, gira sin deslizar, de forma tangencial, alrededor de otra circunferencia llamada directriz. Esto es, nuestro estudio se centra en uno de los tipos de las curvas planas cíclicas llamadas Ruletas.

Si la generatriz gira por el exterior de la directriz se genera una Epicicloide, que puede ser: ordinaria, epitrocoide acortada o epitrocoide alargada según la posición del punto generador respecto a la circunferencia generatriz de la que depende. Análogamente, si la generatriz gira por el interior de la directriz el l.g. generado es una hipocicloide que a su vez puede ser: ordinaria, hipotrocoide acortada o hipotrocoide alargada según veremos más adelante.

Para llevar a la práctica el estudio se han creado dos escenas: "epitrocoides.html" e "hipotrocoides.html" que se enlazan en la siguiente imagen que muestra como la utilidad "hipotrocoides.html" genera dos ll.gg. uno color rosa conocido como Deltoide (R/r=3) y el otro, de color azul, una hipotrocoide acortada. Esto es así porque se han considerado dos puntos generadores: uno en la circunferencia generatriz y otro, en este caso, interior a la misma. Ver detalles de la escena, dejando repetir la animación, o leer las instrucciones, hasta comprender el proceso de creación de los ll.gg.

cicloides

Para profundizar en el estudio de los lugares geométricos y en el de uso del editor DescartesJS, hemos elaborado, de forma muy esquemática, las pequeñas utilidades mencionadas anteriormente. Son escenas basadas en la obra del profesor Ricardo Sarandeses Fernández, trabajo que está en proceso de adaptación a las nuevas versiones del editor DescartesJS. A propósito del nuevo editor hemos utilizado, a modo de plantilla, los extraordinarios recursos que la documentación del mismo enlaza en la web de sus creadores. La cantidad de ejemplos-ejercicios ofrecidos hacen que el potencial didáctico y de reutilización de dicha documentación y los ejemplos que la acompañan sea digno de mención ya que con un mínimo esfuerzo, cualquiera de esos abundantes trabajos, puede ser adaptado y servir así de plantilla para un proyecto personal tal como muestran los anteriores y el siguiente enlace.


Introducción al concepto de probabilidad

En ambas escenas, de las dos relacionadas con los ll.gg., se ha puesto especial énfasis en el proceso de elaboración de las ecuaciones paramétricas del l.g. lo que se manifiesta al analizarlas. Por otra parte las dos utilidades pueden ser reducidas a una sola muy fácilmente, lo que dejamos como ejercicio.

Indicamos que:

  • Si se desea volver a ver la generación del l.g. o la realización de cualquier actividad desde el principio y con la escena despejada es suficiente con pulsar el botón inicio y efectuar las acciones adecuadas.
  • >Los pulsadores R, r y a definen la forma de los ll.gg. generados. Estos lugares podrian representarse, una vez configurados, mediante sus ecuaciones paramétricas; aunque hemos elegido visualizar su creación dinámica mediante una animación.

Como en anteriores ocasiones notamos que la utilidad es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos particulares de uso.

En los siguientes trabajos presentamos una recreación de las escenas anteriores realizadas con el programa GeoGebra con los propósitos de ahondar en el conocimiento de ambas plataformas: GeoGebra y DescartesJS de forma paralela para lograr los objetivos señalados en entradas anteriores.

La siguiente utilidad genera una amplia colección de epicicloides/epitrocoides según los valores que asignemos a los deslizadores. Conviene observar la animación para comprender la influencia que las asignaciones ejercen sobre los gráficos.


hoja de trabajo de las epicicloides

En la escena que enlaza la siguiente imagen se usa la ecuación de la curva para representarla una vez se conocen los valores que la definen.
Cuando el cociente R/r es un número natural la cicloide se completa en la primera vuelta de la generatriz, en cualquier otro caso es conveniente analizar el cociente anterior para preveer el comportamiento de la curva. La utilidad da un máximo de 10 vueltas, valor que puede modificarse para que se adapte dinámicamente a la situación y así hacer una aplicación más eficiente.
Al igual que en el caso de las epicicloides es conveniente analizar la animación.


hoja de trabajo de las hipocicloides

Proponemos al lector el análisis de las utilidades anteriores, su modificación y mejora con objeto de lograr un profundo conocimiento de ambas plataformas y así potenciar la inclusión del cálculo simbólico en escenas DescartesJS de forma eficaz.

En esta ocasión en la sección de vídeo hemos elegido de nuevo, debido a su indudable interés, dos de entre las muchas composiciones de Milton Donaire publicadas en YouTube.
La primera trata sobre el teorema de Menelao y la segunda sobre el teorema de Giovanni Ceva. El objetivo  es el de apreciar la influencia directa, e indirecta, que el conocimiento del triángulo y de las razones geométricas tiene en el tema que nos ocupa: "Los Lugares Geométricos".

Teorema de Menelao

Teorema de Giovanni Ceva

Continuando con la creación de la miscelánea "Las Espirales sugerimos completar su elaboración extrayendo el contenido relacionado con los lugares geométricos estudiados para añadir dichos contenidos a una nueva miscelánea que podemos nombrar como "Lugares Geométricos"; o bien continuar con la anterior incorporando los nuevos contenidos en el apartado adecuado.

En próximas entradas continuaremos el estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

Animamos a los lectores a colaborar elaborando contenidos o aportando ideas y sugerencias.

Bibliografia:


Ildefonso Fernández Trujillo. 2017

 

 

Misceláneas. Lugares geométricos: Cicloide - Trisectriz de Ceva.

 

Lugares geométricos: Cicloide - Trisectriz de Ceva.

Continuamos con el estudio de los lugares geométricos y en esta entrada vamos a desarrollar una aproximación al conocimiento del l.g. conocido como "Trisectriz o cicloide de Tommaso Ceva". Este l.g. resuelve, a finales del siglo XVII, el problema clásico de la trisección de un ángulo pero no como pretendían los antiguos sabios griegos; aunque sí de una forma muy ingeniosa, extraordinariamente bella, dinámica y funcional.

La admiración que el método ideado por Tommaso Ceva despertó en muchos científicos y técnicos propició la creación de numerosos instrumentos mecánicos trisectores de ángulos también llamados Pantógrafos de Ceva la representación gráfica de uno de los cuales se muestra a continuación.

pantografo de ceva

Para profundizar en el estudio del lugar geométrico y en el de uso del editor DescartesJS, hemos elaborado, de forma muy esquemática, las pequeñas utilidades que se muestran a lo largo del capítulo. Son escenas basadas en la obra del profesor Pedro González Enríquez, trabajo que está en proceso de adaptación a las nuevas versiones del editor DescartesJS.

La primera de las escenas muestra la generación dinámica del l.g. conocido como Cicloide-Trisectriz de Ceva de la siguiente manera:

  • Establecido un sistema de referencia y considerada una distancia cualquiera, por ejemplo a = 1, se crean los siguientes elementos:
        • Con centro en el origen (0,0) y radio r = a se traza una circunferencia.
        • Se considera un punto cualquiera, A, de la circunferencia, por ejemplo el (a,0). Este punto es importante pues hará posible, cuando se desplace por la circunferencia, la creación del lugar geométrico.
        • Dibujar el punto B que depende de A y cumple dos condiciones: la primera es que debe estar en el eje horizontal y la segunda que su distancia al punto A sea igual a r en nuestro caso a. El punto de coordenadas (2·a·cos(t),0) donde t es el ángulo que la cuerda OA forma con la horizontal, cumple las condiciones. Este punto se mueve en el eje horizontal desde 2·a hasta -2·a y viceversa cada vez que el punto A da una vuelta a la circunferencia según podemos observar en la animación.
        • Con centro en el punto B y radio r = a se traza una circunferencia.
        • Trazar la cuerda que pasa por el origen de coordenadas y por el punto A. Esta cuerda cortará siempre a ambas circunferencias. Consideramos los puntos de corte A y P.
        • El punto P que, solidario con la cuerda, gira alrededor de B y se desplaza por el plano es el punto fundamental ya que genera, en su desplazamiento, el l.g. en estudio.
        • Cuando el punto A recorre la circunferencia, el punto P define la Cicloide-Trisectriz de Ceva
        • Para observar la generación del l.g. basta con pulsar el botón "anima/para" de la escena.
        • Conviene ver, en principio, la generación del l.g. con la curva oculta. También puede ser conveniente ocultar los ángulos pues mostrarlos, durante la primera vuelta del punto P a la circunferencia a la que pertenece, tiene como objetivo comprobar que el l.g. que se está generando es en realidad un trisector.
        • Los botones: "ángulos" y "curva" ocultan/muestran, al hacer clic sobre ellos, las gráficas de los ángulos y de la curva y los textos con los valores de los ángulos. La ecuación cartesiana del l.g. es:
          (x2 + y2)3 = a2·(3·x2-y2)2   


    lugar geométrico

    Para los lectores menos familiarizados con el proceso de creación de escenas DescartesJS indicamos que:

        • Si se desea volver a ver la generación del l.g. desde el principio y con la escena despejada es suficiente con pulsar el botón inicio y volver a activar la animación.
        • El botón velocidad ajusta la característica que su nombre indica de la animación.

    Como en anteriores ocasiones indicamos que la utilidad es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos particulares de uso.

    La escena que exponemos a continuación muestra como el lazo mayor de la "Cicloide-Trisectriz de Tommaso Ceva" es en realidad un trisector de ángulos. Esto se evidencia de la siguiente forma:

        • En esta ocasión el punto A, que pertenece a la circunferencia de centro el origen y radio a, es un control gráfico que puede desplazarse por dicha circunferencia modificando el valor del pulsador ángulo.
        • El ángulo que el radio OA forma con la horizontal puede controlarse con el pulsador ángulo y su valor se muestra en la parte superior izquierda de la escena. Este es el ángulo que vamos a trisecar de la siguiente forma:
          • Por el punto A trazamos una semirrecta horizontal tal como muestra la escena.
          • En dicha semirrecta colocamos un control gráfico G.
          • Se desplaza el control gráfico G hasta que corta al lazo exterior en el punto adecuado (intersección de semirrecta y lazo). Cuando esto ocurre observamos que el segmento OG forma con la horizontal un ángulo que es la tercera parte del ángulo que forma el radio OA, mostrándose esta situación en la parte superior izquierda de la escena debajo del texto existente. Conviene que el desplazamiento se haga lentamente.
        • La determinación de la trisección puede ejecutarse de muy diferentes maneras. De hecho en la escena actual se ha contado con una cierta 'holgura', quizás excesiva, para facilitar la interactividad.


    Lazo Trisectriz de Ceva.

    En los siguientes trabajos presentamos una recreación de las escenas anteriores realizadas con el programa GeoGebra con los propósitos de ahondar en el conocimiento de ambas plataformas: GeoGebra y DescartesJS de forma paralela para lograr los objetivos señalados en entradas anteriores.

    La siguiente utilidad genera la trisectriz al desplazar el punto A por la circunferencia.


    creación del l.g.

    En la escena que enlaza la siguiente imagen se usa el lazo de la curva de Ceva como trisector de ángulos.


    Lazo trisector de Ceva

    Proponemos al lector el análisis de las utilidades anteriores, su modificación y mejora con objeto de lograr un profundo conocimiento de ambas plataformas y así potenciar la inclusión del cálculo simbólico en escenas DescartesJS de forma eficaz.

    Esta vez en la sección de vídeo hemos elegido dos composiciones de Milton Donaire publicadas en YouTube.
    La primera trata sobre el teorema de Menelao y la segunda sobre el teorema de Giovanni Ceva. El objetivo  es el de apreciar la influencia directa, e indirecta, que el conocimiento del triángulo y de las razones geométricas tiene en el tema que nos ocupa: "Los Lugares Geométricos".

    Teorema de Menelao

    Teorema de Giovanni Ceva

    Continuando con la creación de la miscelánea "Las Espirales sugerimos completar su elaboración extrayendo el contenido relacionado con los lugares geométricos estudiados para añadir dichos contenidos a una nueva miscelánea que podemos nombrar como "Lugares Geométricos"; o bien continuar con la anterior incorporando los nuevos contenidos en el apartado adecuado.

    En próximas entradas continuaremos el estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

    Animamos a los lectores a colaborar elaborando contenidos o aportando ideas y sugerencias.

    Bibliografia:


    Ildefonso Fernández Trujillo. 2017

     

Misceláneas: Lugares geométricos. Trisectriz de Maclaurin.

Lugares geométricos: Trisectriz de Maclaurin.

Continuamos con el estudio de los lugares geométricos y en esta entrada vamos a desarrollar una aproximación al conocimiento del l.g. conocido como "Trisectriz de Maclaurin". Este l.g. resuelve, en el siglo XVIII, el problema clásico de la trisección de un ángulo pero no como pretendían los antiguos sabios griegos; aunque sí de una forma muy elegante y funcional.

 

Para profundizar en el estudio del lugar geométrico y en el de uso del editor DescartesJS, hemos elaborado, de forma muy esquemática, las pequeñas utilidades que se muestran a lo largo del capítulo. Son escenas basadas en la obra del profesor Pedro González Enríquez, trabajo que está en proceso de adaptación a las nuevas versiones del editor DescartesJS.

La primera de las escenas genera la Trisectriz de Maclaurin de la siguiente manera:

  • Establecido un sistema de referencia y considerada una distancia cualquiera, por ejemplo a = 1 se crean los siguientes elementos:
    • Con centro en el punto (4·a,0) y radio 4·a se traza una circunferencia.
    • Dibujar la recta vertical x = -2·a
    • Se considera un punto cualquiera, A, de la circunferencia. Este punto es importante pues hará posible la creación del lugar geométrico.
    • Trazar la cuerda que pasa por el origen de coordenadas y por el punto A. Esta cuerda cortará a la recta  x = -2·a  en un punto que hemos llamado B que variará según A se desplaza por la circunferencia.
    • Se considera el punto medio del segmento AB al que llamaremos C y que, solidario con la cuerda se desplaza por el plano. Este es el punto fundamental ya que es el que genera, en su desplazamiento, el l.g. en estudio.
  • Cuando el punto A recorre la circunferencia, el punto C define la Trisectriz de Maclaurin
  • Para observar la generación del l.g. basta con pulsar el botón "anima/para" de la escena.
  • Conviene ver la generación del l.g. con la curva oculta.
  • El botón "curva" oculta/muestra la gráfica de la curva:
    x·(x2 + y2) = a·(3·x2-y2)   - ecuación cartesiana del l.g.


lugar geométrico

Para los lectores menos familiarizados con el proceso de creación de escenas DescartesJS indicamos que:

  • Si se observan trazos o gráficas, generalmente de color rojo, no justificados, o se desea volver a ver la generación del l.g. es suficiente con pulsar el botón limpia, que quitará de la escena los trazos indeseados.
  • El botón zum ajusta el tamaño de la parte visible. Este botón al ser activado limpia, de forma predeterminada, la escena.
  • El pulsador a controla el tamaño del lazo de la trisectriz y el botón inicio reinicia la escena.

Como en anteriores ocasiones indicamos que la utilidad es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos particulares de uso.

La escena que exponemos a continuación muestra como el lazo de la trisectriz es en realidad un trisector de ángulos. Esto se evidencia de la siguiente forma:

  • En esta ocasión el punto A, que pertenece al l.g., es un control gráfico que puede desplazarse por la parte superior de la curva. Conviene que este desplazamiento se haga lentamente para así observar la formación del ángulo principal BCA y su trisección COA (o COA').
  • El vértice del ángulo principal es el punto C (2·a,0)
  • El punto B (3·a,0) define con el C el lado CB de dicho ángulo principal. El otro lado del ángulo es el segmento CA o en su caso, A en el 2º cuadrante, CA'. La trisección del ángulo BCA es el ángulo COA (COA'). Observar la definición gráfica de los ángulos al desplazar el control A.
  • Cuando el ángulo principal se aproxima a 180º la secante OA, o bien OA', tiende a ser la tangente del l.g. en 0+ que en este punto tiene de ecuación   y = raiz cúbica de 3 x  por lo tanto la trisección de 180º es el ángulo que dicha tangente forma con la parte positiva del eje horizontal, esto es 60º.


Lazo trisectriz de Maclaurin.

En los siguientes trabajos presentamos una recreación de las escenas anteriores realizadas con el programa GeoGebra con los propósitos de ahondar en el conocimiento de ambas plataformas: GeoGebra y DescartesJS de forma paralela para lograr los objetivos señalados en entradas anteriores.

La siguiente utilidad genera la trisectriz al desplazar el punto A por la circunferencia.


creación del l.g.

En la siguiente escena se usa el lazo de la curva de Maclaurin como trisector de ángulos.


Lazo trisector de Maclaurin

Proponemos al lector el análisis de las utilidades anteriores, su modificación y mejora con objeto de lograr un profundo conocimiento de ambas plataformas y así potenciar la inclusión del cálculo simbólico en escenas DescartesJS de forma eficaz.

En la sección de vídeo, hemos elegido uno que trata sobre lugares en el mundo conocidos, fundamentalmente, por sus características geométricas. El objetivo  es el de apreciar distintas formas de enfocar el tema que nos ocupa: "Los Lugares Geométricos".

Continuando con la creación de la miscelánea "Las Espirales" sugerimos completar su elaboración extrayendo el contenido relacionado con los lugares geométricos estudiados para añadir dichos contenidos a una nueva miscelánea que podemos nombrar como "Lugares Geométricos"; o bien continuar con la anterior incorporando los nuevos contenidos en el apartado adecuado.

En próximas entradas continuaremos el estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

Animamos a los lectores a colaborar elaborando contenidos o aportando ideas y sugerencias.

Bibliografia:


Ildefonso Fernández Trujillo. 2017

 

 

Termoquímica

Termoquímica

Título: Termoquímica
Sección: Ingeniería y Tecnología
Bloque: Ciencias básicas
Unidad: Química
Nivel/Edad: Bachillerato/Universidad (16 años o más)
Idioma: Castellano
Autores: Enric Ripoll Mira

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Reacciones de oxidación y reducción

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Título: Reacciones de oxidación y reducción
Sección: Ingeniería y Tecnología
Bloque: Ciencias básicas
Unidad: Química
Nivel/Edad: Bachillerato/Universidad (16 años o más)
Idioma: Castellano
Autores: Enric Ripoll Mira

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