Curiosidades

Una regla para dibujar espirales logarítmicas y deshacer mitos

Una regla para dibujar espirales logarítmicas y deshacer mitos

¿Quién no ha escuchado alguna vez que la espiral áurea la podemos encontrar en la forma de la concha del nautilus? ¿Qué nos diríais si os demostráramos que esta afirmación es completamente falsa?

Empecemos por el principio. ¿Qué es una espiral? En nuestro taller de “espirales”, destinado a alumnos de 4º de primaria, explicamos que una espiral se consigue combinando dos tipos de movimiento: uno circular alrededor de un punto, y uno lineal alejándose de dicho punto. De esta forma, una espiral es una línea curva generada por un punto que se va alejando progresivamente de un centro a la vez que gira alrededor de él. Con muchos ejemplos y varios métodos diferentes, los alumnos diferencian y dibujan espirales arquimedianas y logarítmicas.

Por otro lado, en nuestro taller «creciendo en proporción», destinado a 1º de la ESO, hablamos de la sucesión de Fibonacci y del número áureo. Después de ver montones de ejemplos que aparecen por sí solos en la naturaleza, los alumnos quedan fascinados con la magia de este número. Una vez presentado el número áureo, mostramos los rectángulos áureos y, también, las espirales áureas.

Aunque, como hemos dicho, en muchos libros y artículos relacionan la espiral dorada con la espiral del nautilus, si medimos con un calibre, o comparamos ambas espirales, vemos rápidamente que esta información es errónea. En la imagen puede verse cómo claramente ambas espirales no coinciden. Las dos espirales son logarítmicas y, además, están relacionadas con el número áureo, pero tienen diferente razón de crecimiento. Empiezan y terminan en el mismo punto pero el nautilus va abriéndose mucho más lentamente, es decir, da más vueltas hasta llegar al punto final.

Una regla que dibuja espirales

Basándonos en un método explicado por el gran Martin Gardner en su libro «El ahorcamiento inesperado y otros entretenimientos matemáticos», en Divermates hemos querido enseñaros cómo construir una regla con la que podréis dibujar las dos espirales que queremos comparar y que tanta controversia han dado en el mundo de las matemáticas. En este libro Gardner nos enseña cómo fabricarnos una regla para construir espirales logarítmicas.

El ángulo a puede tomar cualquier valor entre 0º y 180º. Si escogemos exactamente un ángulo de 90º, estaremos dibujando una circunferencia, y si usamos un ángulo de 74º39′, la espiral resultante sería su propia envolvente. En nuestra regla hemos aprovechado los dos extremos para realizar dos espirales distintas. Justamente hemos seleccionado los ángulos que nos dibujarán las dos espirales a comparar: la espiral áurea y la espiral del nautilus.

Para construirte esta regla sólo necesitarás pegamento, tijeras, y las reglas que podrás descargarte aquí:

Regla para espirales (rectificada)

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Recomendamos imprimir la regla en cartulina, para tener más rígidez. En cada copia vienen cuatro reglas. Lo primero que tienes que hacer es separar una de ellas, recortando el rectángulo por la línea más gruesa.

A continuación vamos a doblar por la línea de puntos y echar pegamento por la parte de atrás. Esto lo haremos para pegar doble capa de cartulina y así reforzar nuestra regla.

Por último, ya con la doble capa hecha, vamos a recortar la forma exacta de la regla.

¡Ya tienes tu regla! Sigue leyendo para entender cómo funciona.

¿Cómo funciona?

Lo primero que tenemos que hacer es marcar el polo de nuestra espiral. Una vez marcado vamos a mover la regla dejando el borde interno siempre sobre este polo. Lo más sencillo es clavar una aguja o un alfiler para apoyar la regla sobre él. A partir de aquí, iremos trazando pequeños segmentos apoyándonos en la recta oblicua mientras vamos girando nuestra regla en torno al polo, en dirección horaria o antihoraria. Es importante que al girar la regla siempre tengamos el borde interno situado tocando el polo. Además, tenemos que dibujar estos segmentos uniendo cada uno con el siguiente. El mecanismo asegura que todas estas cuerdas corten el radio vector formando el mismo ángulo. Es exactamente este hecho el que hace que la regla funcione, ya que al ser la espiral logarítmica una espiral equiangular, el ángulo entre el radio vector y la tangente es constante.

Al dibujar nuestra espiral con pequeños segmentos se produce un efecto que se asemeja mucho a la forma en que muchas arañas tejen su tela.

Espiral áurea y espiral del nautilus

Una vez que dibujadas ambas espirales puedes observar y comprobar sus diferencias.  En la imagen puedes ver en rojo la espiral áurea y en verde la espiral del nautilus.

En el lado exterior de la regla hemos incluido, a cada lado, una cota con el crecimiento de ambas espirales. Podrás encontrar un punto en tu espiral donde, al poner el punto medio de la cota sobre el polo, las longitudes hasta las ramas de la espiral a cada lado coincidirán con las cotas. Como ves, ambas están relacionadas con el número de oro, una con phi y la otra con su cuadrado.

Al ser en la espiral del nautilus la proporción 1 al número de oro, si tenemos a mano un compás áureo podemos comprobar que esta proporción se cumple en todos los puntos de la espiral. Nosotros lo hemos comprobado con el compás áureo de Divermates.

¿Y entonces por qué se han relacionado siempre estas dos espirales como iguales?

No está muy claro. En el libro Estética de las proporciones en la naturaleza y en las artes, de Matila C. Ghyka, se habla de la relación del número de oro con el crecimiento de la concha de diferentes moluscos, pero distingue tres tipos de espirales.

  • En la primera, la pulsación radial es el número de oro. Esta pulsación radial se refiere a la relación entre las distancias al dar una vuelta y la siguiente, en una misma dirección.

OC/OB=ϕ

  • En la segunda, la pulsación diametral es el número de oro. Esta pulsación diametral se refiere a la relación entre las distancias a un punto y al punto diametralmente opuesto siguiente, situado a 180º. Justo esta espiral es la correspondiente al nautilus.

OD/OD´=ϕ

  • En la última, la pulsación cuadrantral es el número de oro. Esta pulsación cuadrantal se refiere a la relación entre las distancias a un punto y al siguiente punto situado a 90º. Al tener pulsación cuadrantal ϕ, esta espiral tendrá pulsación diametral ϕ2, por lo que es justo la espiral de Durero.

OD/OD´´=ϕ

Posteriormente, en el cortometraje Donald en el país de las matemáticas, lanzado en 1959, el “señor Espíritu” enseña a Donald el número de oro y las proporciones áureas. Llega un momento en el que con la ayuda de la concha del nautilus, el Espíritu explica que las proporciones mágicas de la sección dorada son a menudo encontradas en las espirales de los diseños de la naturaleza. En realidad, lo que muestra en el fotograma de la imagen es que los segmentos naranjas, los verticales, están todos en proporción áurea. A partir de esos segmentos completa la espiral haciéndola coincidir con la espiral del nautilus. En realidad, las relaciones indicadas son correctas, pero desde Divermates creemos que ha podido dar lugar a que muchos espectadores relacionen directamente la espiral del molusco con la espiral áurea, aunque no sea correcta esta igualdad.

Como vemos, efectivamente la espiral del nautilus está relacionada con el número áureo. Dicha relación ha podido llegar, con el paso de los años, de libro en libro y artículo en artículo, a relacionar, erróneamente, la espiral del nautilus con la espiral áurea.

En cualquier caso, esta falsa relación nos parece un buen ejemplo con el que enseñar a los más jóvenes que las matemáticas, y la ciencia en general, deben buscar el pensamiento crítico, y que se debe cuestinar y comprobar todo, incluso lo que muchas veces damos por cierto solo por haberlo leído en muchos libros o páginas web.

 

Notas

Lo más importante de la ciencia es que todos nos revisamos continuamente para ser lo más rigurosos posibles. Ante la publicación de nuestra entrada sobre la espiral áurea y la del Nautilus hemos recibido un comentario de José R. Galo Sánchez señalando que nuestra aproximación no es la más ajustada. A pesar de recogerse en alguna bibliografía (Fletcher, R. (Feb 1988). Proportion and the Living World. Parabola,13 (1)), parece ser que la pulsación diametral 1:phi que incluimos en nuestro artículo no es la mejor aproximación a la espiral de la concha del Nautilus. Como José R. Galo Sánchez indica en su artículo (Galo Sánchez, J.R., Cabezudo Bueno, Á., y Fernández Trujillo, I. (2016). Sobre la forma y el crecimiento cordobés del Nautilus Pompilius. Épsilon, 33 (94),81-110.) el factor de crecimiento del Nautilus es 3 o próximo a 3 (lo que supondría una pulsación cuadrantal r=1,31607), por lo que realmente la espiral cordobesa se ajustaría con mucha más precisión (pulsación cuadrantal 1,3065 frente nuestra pulsación cuadrantal sqrt(phi)=1,2720).

Puedes descargarte una nueva regla que hemos diseñado donde podrás comparar estas dos espirales:

Regla espiral cordobesa

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BIBLIOGRAFIA

Gardner, M. (2018), El ahorcamiento inesperado y otros entretenimientos matemáticos, Madrid, Alianza Editorial

Ghyka, M. (1946), The geometry of Art and Life, Dover Publications

Publicado por Nelo Maestre en Bricomates, Curiosidades, 3 comentarios
Revoluciones matemáticas

Revoluciones matemáticas

Nos alegra mucho presentaros el proyecto en el que hemos estado trabajando durante los últimos meses:

Revoluciones matemáticas es una serie de vídeos de animación en los que se narran momentos de la historia de las matemáticas que han cambiado el desarrollo de la civilización, presentando a las personas que lideraron aquellos cambios. En cada episodio iremos contando las historia de los grandes avances de la matemática y de los personajes que estuvieron en aquellas revoluciones.

El proyecto está financiado por la Fundación General CSIC (FGCSIC) y producido por la Unidad de Cultura Científica del ICMATDivermates y la animadora Irene López.

Puedes ver el primer capítulo pinchando aquí:

Junto con cada capítulo hay unas actividades complementarias, elaboradas por Divermates, que podéis utilizar en clase:

Actividades complementarias del capítulo 1

El segundo capítulo: La conquista de los números

Y sus actividades complementarias, elaboradas por Divermates:

Actividades complementarias del capítulo 2

El tercer capítulo: Newton, sus ovejas y su cálculo

Y sus actividades complementarias, elaboradas por Divermates:

Actividades complementarias del capítulo 3

El cuarto capítulo: Los límites de las matemáticas

Y sus actividades complementarias, elaboradas por Divermates:

Actividades complementarias del capítulo 4

Comenzamos con la segunda temporada y su primer capítulo relacionado con Emmy Noether

No te olvides de sus actividades complementarias, como siempre, elaboradas por Divermates:

Actividades complemetarias del capítulo 1 (temporada 2)

El segundo capítulo de la segunda temporada habla de la vida de Leonhard Euler

Y sus actividades complementarias:

Actividades complementarias del capítulo 2 (temporada 2)

El tercer capítulo de la segunda temporada habla de la vida de Ada Lovelace

Y sus actividades complementarias:

Actividades complementarias del capítulo 3 (temporada 2)

El tercer capítulo de la segunda temporada habla de la vida de Henri Poincaré

Y sus actividades complementarias:

Actividades complementarias del capítulo 4 (temporada 2)

No olvides que nos gustaría poder elaborar muchos más, y para ello necesitamos que los vídeos tengan muchas reproducciones. Así que no dudes en mostrarlos y compartirlos con todas aquellas personas que necesiten saber lo importantes que han sido las matemáticas en nuestra historia y en nuestras vidas.

Muchas gracias por adelantado y vivan las mates!!!

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El Astrolabio, el GPS más antiguo

El Astrolabio, el GPS más antiguo

¿Os habéis preguntado alguna vez cómo los antiguos marineros hacían para no perderse en alta mar sin contar con los GPS tan modernos que tenemos hoy en día? Queremos enseñaros hoy el uso del astrolabio, dejándoos además las herramientas necesarias para construiros vuestro propio astrolabio casero. Un astrolabio es un antiguo instrumento que permite determinar la posición y altura de un astro y deducir, según ésta, la hora y la latitud en la que te encuentras. Es importante saber que un astrolabio sirve sólo para una latitud en concreto. Así, el que vamos a construir hoy, concretamente nos sirve para una latitud 40° norte.

Construcción del astrolabio

Para construir tu propio astrolabio sólo necesitarás tijeras, pegamento, un punzón, hilo y las hojas con el recortable que puedes descargar aquí:

Astrolabio

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¡Aviso antes de imprimir!

  • La hoja con fondo de pergamino tendrá que ir impresa en cartulina.
  • La hoja con la red o araña deberá imprimirse en transparencia. De esta hoja sólo necesitaremos una Red o Araña, aunque en el documento vengan dos.

Lo primero que vamos a hacer va a ser recortar las distintas piezas. De la transparencia cortaremos sólo una Red o Araña, recortando el círculo más grande. En la cartulina recortaremos seis piezas distintas:

  • dos círculos con una solapa (partes trasera y frontal de la Madre).
  • las cuatro piezas similares restantes (Regla, Alidada y ambos refuerzos).

Para reforzar la cartulina hemos hecho todas las piezas dobles en vez de imprimir a doble cara, así como refuerzos para la Alidada y la Regla. Ya con las piezas recortadas vamos a pegar todos los refuerzos. Así, pegamos la pieza trasera de la Madre a la pieza delantera de la Madre dejando las impresiones hacia afuera, y las piezas de refuerzo por detrás de la Alidada y de la Regla.

Vamos a utilizar el punzón para hacer agujeros en el centro de la Madre, la Regla y la Alidada, así como en el centro de la Red o Araña.

 

En la Alidada doblamos por la línea de puntos de forma que las solapas formen 90º con el astrolabio.

Una vez hechos los agujeros, vamos a introducir las piezas en el encuadernador, respetando el siguiente orden:

  1. Regla.
  2. Red o Araña, con cuidado de que los textos queden legibles.
  3. La Madre, dejando hacia abajo la parte trasera, es decir, la que lleva el logo de Divermates hacia abajo.
  4. Alidada.

Una vez introducidas todas las piezas, antes de cerrar el encuadernador, conviene girar todas las piezas para que se fuercen los agujeros. Para mejorar el acabado se pueden recortar las patas del encuadernador y pegar encima un círculo pequeño de los que aparecen en la cartulina original.

Para terminar vamos a realizar un último agujero en la solapa que sobresale del círculo de la Madre. Tenemos que hacer el agujero en cualquier punto sobre la linea vertical que hay en la parte trasera. A través de este agujero dejamos pasar un hilo para sostener el astrolabio y que actúe a modo de plomada.

¡Ya tienes listo tu astrolabio!

¿Cómo funciona?

El mecanismo de estos aparatos aunque pueda parecer complejo es bastante sencillo. Consiste, digamos, en un sistema de tres ecuaciones: colocación de los astros, hora y fecha. Teniendo dos de estas incógnitas sabremos sin problema calcular la tercera.

Sin embargo, como tiene distintas utilidades y es bastante más lioso explicarlo por escrito queremos dejaros un video. ¡¡Dale al play y descubre los grandes secretos del astrolabio!!

Publicado por Nelo Maestre en Bricomates, Curiosidades, 10 comentarios
Calendario Lunar

Calendario Lunar

Remontándonos al siglo V a.C. y con vistas a hablar de las fases de la luna, nos gustaría hablaros de Metón de Atenas. Este astrónomo griego descubrió que 19 años solares del calendario equivalían a 235 meses lunares. Esto quiere decir que, después de 19 años, la luna volvía a pasar por las mismas fases en las mismas fechas. No obstante Metón estimó un error de 5 minutos por año, por lo que en algunos casos la luna llena puede no coincidir exactamente en el mismo día. Aunque fue Metón quien puso nombre a estos ciclos, hay escritos que indican que eran ya utilizados en Mesopotamia desde el siglo VI a.C. para predecir eclipses.

Y hablando de eclipses, ¿recordáis el eclipse de sol que tuvo lugar el pasado mes de Agosto? Seguro que fue un efecto mágico para todos aquellos que pudieron verlo en vivo y en directo. Lástima que desde España tuviéramos que conformarnos con verlo a través de las redes. Aún así, nosotros no nos lo perdimos, ¿y vosotros?

Un eclipse solar se da cuando la luna se interpone exactamente entre el sol y la tierra. Obviamente, este fenómeno sólo puede darse durante la luna nueva. Como todos sabemos, según la posición de la luna y el sol, puede verse luna llena, menguante,  creciente o nueva. Es por ello que, desde Divermates, queremos enseñaros cómo construir un calendario lunar que nos dirá qué luna habrá cada noche desde hoy hasta el año 2037.

¿Cómo se construye el calendario?

Lo primero que tienes que hacer es conseguir un rotulador negro, tijeras y pegamento, e, importante, una bola de poliespán o corcho blanco de unos 3 cm de diámetro, además de la hoja con el calendario que puedes descargar aquí:

Calendario Lunar – Divermates

Para facilitar la construcción es recomendable tener también un cúter, cinta de doble cara y un palillo de pincho moruno.

El calendario se compone de dos piezas, un círculo y un sobre. Lo primero que tendremos que hacer es recortar ambas piezas. ¡Atención!, el círculo con una cruz en el centro de la parte negra del sobre también hay que recortarlo.

La pieza circular la dejamos como está. El sobre tendremos que montarlo doblando por la mitad y echando pegamento en las solapas. Una vez montado el sobre, meteremos el círculo dentro.

Dejamos nuestro sobre a un lado y comenzamos a preparar la luna. Lo que vamos a hacer es pintar la mitad de la bola de color negro. Para ello recomendamos pinchar la luna en un pincho moruno y, aprovechando la línea perimetral que puede percibirse en la bola, colorear media bola.

Una vez hemos coloreado la mitad de la bola, recomendamos hacer un corte en la base. De esta forma cuando la vayamos a pegar en el calendario, lo haremos sobre una superficie plana.

Para unir la luna al calendario lo mejor es usar cinta de doble cara. La luna tenemos que pegarla en el circulito central de la pieza circular. Hay que hacerlo con cuidado, peg, pero, importante, hay que pegarla teniendo la pieza circular metida en el sobre. De esta manera la pieza quedará encajada y no podrá separarse del sobre. Si nos fijamos en el circulito central tiene medio círculo blanco y medio círculo negro. Es importante que peguemos la luna haciendo coincidir la parte coloreada con el semicírculo negro y la parte blanca con el semicírculo blanco. Una vez pegada, es aconsejable que comprobemos si al girar el disco gira también la luna.

¡Ya tenemos nuestro calendario lunar!

¿Cómo funciona?

Ya en el propio calendario por la parte de abajo vienen las instrucciones de uso. Para comprobar que tengamos el calendario bien hecho y que se entienden las instrucciones vamos a ver un ejemplo.

Como hemos empezado hablando del eclipse solar que tuvo lugar el 21 de agosto y ya hemos dicho que para que haya eclipse solar la luna ha de ser nueva, vamos a comprobar que el calendario nos da esta información correctamente.

“Lo primero que tienes que hacer es girar el disco donde están situados los años, hasta que coincida el año con el mes que quieres observar”, es decir, vamos a girar hasta hacer coincidir agosto y 2017.

“Una vez colocado correctamente, has de buscar el día del mes que quieres mirar y situar la cartulina horizontal a la altura de los ojos con el día apuntando hacia ti. Guiñando un ojo podrás observar en qué fase estará la Luna el día seleccionado”. En nuestro caso buscamos el día 21, y miramos desde tal día hacia la luna. Podremos observar que, efectivamente, está complemente negra, es decir, la luna, el 21 de agosto de 2017 es luna nueva.

Veamos, para terminar, un ejemplo con un año bisiesto. La siguiente imagen mostraría la luna el 3 de febrero de 2020. Primero hemos hecho coincidir febrero y 2020. Como el 2020 esta recuadrado por ser bisiesto, hemos de hacerlo coincidir con el febrero recuadrado. Y por último, miramos hacia la luna desde el día 3.

Esperamos que os haya gustado este calendario, y, en caso de ser fanáticos de la astronomía, le deis uso, para, por ejemplo, planear vuestras salidas con el telescopio.

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Un rompecabezas topológico de Fibonacci

Un rompecabezas topológico de Fibonacci


Ya estamos de vuelta de las vacaciones, y en este mes de vuelta a clase nos gustaría retomar el curso con un rompecabezas topológico casero.

La topología puede parecer una parte algo compleja de las matemáticas cuando no has estudiado matemáticas a fondo. Nosotros en Divermates tenemos un taller dedicado exclusivamente a esta rama de las matemáticas, para niños de segundo de primaria. A priori puede parecer una locura tratar de hacer entender mínimamente a un alumno de 7 años lo que es  la topología, pero nosotros asumimos el reto, y, a día de hoy, podemos presumir de conseguirlo.

Formalmente la topología estudia las propiedades de las figuras que permanecen invariantes al ser sometidas a ciertas transformaciones, de forma que no aparezcan nuevos puntos o nuevos «agujeros». Es la geometría donde solo nos interesamos por la forma, sin atender a la medida.

En nuestro taller hablamos de la cinta de Möbius, cuya particularidad es tener un único un borde y una única cara. Al principio a los alumnos les parece una locura. Pero después de hacer distintos juegos y actividades entienden perfectamente este concepto.

Pero no es la banda de Möbius lo más interesante de la topología. Hay muchos problemas que han tratado grandes matemáticos a lo largo de la historia. Tenemos los puentes de Konigsberg, famosos problemas de nudos, el teorema de los cuatro colores, la botella de Klein, grafos… Os animamos a profundizar sobre estos juegos, modelos y problemas.

Sin embargo, la topología más al alcance de todos es quizá la que esconden los juegos topológicos de madera o metal. Seguramente alguna vez has visto alguno de estos juegos, donde aparecen elementos unidos por cuerdas que a simple vista parecen imposible de separar. Estos juegos topológicos ayudan a desarrollar la visión espacial, despertar la curiosidad y potenciar la paciencia y resolución de problemas con ingenio.

Os mostramos a continuación algunos de una colección muy especial:

¿Te gustaría construirte tu propio rompecabezas de papel?

Se cuenta que Chandlahuri, un sirviente indio de Fibonacci, regaló un rompecabezas como este al matemático pisano. Este rompecabezas fue llamado por Fibonacci como «lo joco enimmatico del brachiale torquato«, es decir, «el juego enigmático del brazalete retorcido».

¿Te has fijado en el diseño del rompecabezas? En honor al gran Fibonacci hemos querido dejar plasmada la sucesión que lleva su nombre en el brazalete: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55… Esta sucesión tiene muchas propiedades matemáticas, como, por ejemplo, la construcción de la espiral áurea que también podrás observar en el rectángulo.

Para construirtelo sólo necesitarás, tijeras, pegamento, un cordón de unos 25-30 cm. y el recortable que puedes descargar aquí:

Rompecabezas Topológico – Divermates

Como vamos a hacer un juego que vamos a manipular mucho con las manos te recomendamos construirlo con cartulina.

Lo primero que hay que hacer, como siempre, es recortar todas las piezas. Nuestro juego consta de un cuadrado, un rectángulo áureo y dos tiras onduladas. Observa que el cuadrado tiene un agujero en el centro, y que ambas piezas cuadriláteras tienen una cruz por donde deberá pasar la cuerda.

A continuación pegamos las dos tiras, poniendo pegamento solamente en las solapillas. Fijaos bien en dejar las tiras bien entrelazadas una con la otra, pero solo pegadas por los extremos.

Una vez tenemos nuestra pieza principal, la unimos a los cuadriláteros de la siguiente manera:

  • Primero anudamos la cuerda y la pasamos por la cruz del rectángulo.

  • A continuación hacemos pasar la cuerda por el agujero del centro del cuadrado.

  • Llevamos la cuerda por los dos huecos extremos de nuestro brazalete.

  • Y para terminar, la pasamos por la cruz del cuadrado para terminar haciendo un nudo.

¡Ya tienes tu rompecabezas topológico listo!

Ahora solo te queda aprender a deshacerlo, sin despegar las piezas, claro. ¿Eres capaz de separarlas estudiando únicamente los enredos de la cuerda y los agujeros de las piezas?

Pista:

los agujeros en este juego, como en casi todos los de este tipo, son clave.

¡Ánimo con ello! Tanto si lo consigues, como si tienes dudas, no dudes en dejarnos un comentario.

BIBLIOGRAFIA

Sarcone, G.A. (1997-2017). Torquato Puzzle: Archimedes Laboratory Project. Recuperado de aquí.

 

 

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El armonógrafo y el dibujo del sonido

El armonógrafo y el dibujo del sonido

Un armonógrafo es un aparato mecánico que dibuja diferentes curvas utilizando únicamente el movimiento de distintos péndulos.

La idea del armonógrafo tiene su origen en el matemático Jules Antoine Lissajous (1822-1880) y su gran interés por el movimiento ondulatorio y las vibraciones del sonido. Se dice que lo que realmente buscaba Lissajous era dibujar el movimiento vibratorio provocado por el sonido. En sus primeros experimento hacía rebotar un rayo de luz en distintos diapasones, descubriendo así estas curvas tan inusuales.

Es a mediados del siglo XIX cuando nacen los armonógrafos, como una manera de analizar las vibraciones y, en concreto, de estudiar el sonido, de forma análoga a como lo había hecho Lissajous.

¿Cómo funciona?

Un armonógrafo sencillo utiliza dos péndulos para controlar el movimiento de un rotulador en relación con una superficie plana donde dibuja. Un péndulo mueve el rotulador y el otro péndulo la superficie de dibujo. Al variar la velocidad, la frecuencia y la fase de los péndulos, se crean diferentes patrones.

Los armonógrafos más complejos, pueden incorporar tres o más péndulos unidos entre sí y dibujar figuras más complejas.

Debido al rozamiento del rotulador y a que los péndulos van deteniéndose y cambiando sus oscilaciones poco a poco, tenemos como resultado trayectorías muy interesantes desde el punto de vista físico, matemático y artístico. Al estar unidos ambos péndulos por medio del rotulador y el dibujo, las velocidades y oscilaciones se van traspasando de uno a otro, haciendo que los dibujos cambien de forma.

Longitud de los péndulos

El tiempo que tarda un péndulo en realizar una oscilación sólo depende de la longitud del péndulo, no de su peso ni de la longitud del arco que recorre. Cuánto más largo sea el péndulo más tiempo tardará en oscilar (y menor será su frecuencia).

En concreto, la frecuencia de un péndulo varía inversamente con la raíz cuadrada de la longitud del péndulo. Es decir, que para triplicar la frecuencia de un péndulo, debemos reducir su longitud a la novena parte.

Como explicamos en nuestra conferencia y nuestro taller de música quebrada, dos sonidos suenan bien a nuestros oídos si la  frecuencia de uno es una fracción simple de la del otro. Es decir, una cuerda y la que mide 1/2, 2/3, o 3/4 sonarán bien entre sí. Debido a la relación entre el armonógrafo y la música (recordamos que surgió para “dibujar el sonido”), sólo cuando la relación entre las frecuencias de los péndulos sea igualmente una fracción simple dará como resultado una curva reconocible. En caso contrario, saldrán curvas caóticas que se alejan de la belleza de las curvas de Lissajous.

El peso del péndulo

Como ya hemos dicho, el peso no altera la frecuencia del péndulo, pero sí influye en el rozamiento. A mayor peso, menor rozamiento. Así, si el péndulo se detiene muy pronto, se puede aumentar su peso para que tarde más en pararse e igualmente a la inversa.

MÁS INFORMACIÓN

Martín Reina, D. (21 de septiembre de 2011). El armonógrafo [entrada en blog]. La Aventura de la Ciencia. Recuperado de http://laaventuradelaciencia.blogspot.com.es/2011/09/el-armonografo.html

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Octaedro I Ching, un juego de matemagia

Octaedro I Ching, un juego de matemagia

El I Ching o Libro de los cambios es uno de los libros más viejos del mundo del que se desconocen los orígenes. Durante más de 2000 años se ha utilizado en el Oriente como libro de adivinación, y todavía hoy se estudia con gran respeto como fuente rica en sabiduría. Decenas de miles de jóvenes que secundan el renacimiento actual del ocultismo consultan el I Ching con la misma seriedad que consultan la tabla Oiuja o las cartas del tarot.

La base combinatoria del I Ching consta de 64 hexagramas que muestran todas las permutaciones posibles de dos tipos de líneas, al tomarlas de seis en seis. Estos dos tipos de línea revelan la dualidad básica de la metafísica china: la línea cortada corresponde al yin y la línea continua al yang.

  • Tomando las líneas de dos en dos, hay 4 formas distintas de combinarlas (digramas).
  • Tomando las líneas de tres en tres, tenemos 8 formas distintas (trigramas).

Combinando los ocho trigramas, obtenemos los 64 hexagramas. Sustituyendo por un 1 cada línea continua, y por un 0 cada línea cortada, y tomando los hexagramas por orden, leyéndolos de arriba a abajo en cada uno se obtiene la sucesión 000000, 000001, 000010, 000011,…, 111111; que no es otra cosa que la de los números del 0 al 63 expresados en notación binaria. Hasta los tiempos de Leibniz no se reconoció este isomorfismo entre los hexagramas y la notación binaria.

Utilizando estos datos, vamos a comenzar nuestro juego de magia usando los ocho trigramas distintos. Para construir este juego nos hemos basado en un juego de Bob Hummer.

Construcción del octaedro I Ching

En Divermates hemos construido un octaedro con los ocho hexagramas con el que podrás realizar un nuevo truco de matemagia.

Para construir el octaedro I Ching sólo necesitarás tijeras, pegamento y el recortable que puedes descargar aquí:

Octaedro I Ching – Divermates

En cada pdf aparece el juego por duplicado, así podrás regalarle un octaedro a algún amigo. Cada juego consta de un octaedro plegable y un sobrecito para guardarlo.

Primero tendrás que recortar ambas piezas.

Comenzando por el octaedro, dobla por todas las líneas.

A continuación, echa pegamento en todas las solapillas para pegarlas como muestran las siguientes imágenes.


La figura resultante será un octaedro que puede plegarse y meterse en un sobre.

Para formar el sobre, únicamente tendrás que echar pegamento en las dos solapas.

¡Ya tenemos listo nuestro juego!

Realización del juego de magia

Antes de empezar, daremos a elegir a nuestro espectador uno de los ocho trigramas. Luego iremos moviendo el octaedro para saber en qué posiciones puede ver el trigrama elegido. En cada uno de estas posiciones nuestro espectador sólo tendrá cuatro trigramas visibles. Al final, con tres preguntas podremos adivinarlo.

Para facilitar la explicación de este juego, aquí os dejamos un vídeo con el procedimiento completo.

Numeración binaria

Otra opción para adivinar el trigrama seleccionado por nuestro espectador es usar la numeración binaria.

Si sustituimos, como dijimos antes, cada línea continua por un 1, y cada línea cortada por un 0, los ocho trigramas corresponden a los números del 0 al 7 en notación binaria.

Sólo tenemos que tener en cuenta la siguiente información:

La primera respuesta vale 1, la segunda respuesta vale 2 y la tercera 4. Esto se debe a que al utilizar la numeración binaria debemos usar las potencias de dos. Sabiendo esto, sólo tendremos que sumar estos valores cuando nuestro espectador responde SI.

Por ejemplo, si las respuestas de nuestro espectador son, en orden, NO-SI-SI, tendremos que sumar 0+2+4=6, obteniendo el lago.

Observa que la respuesta coincide con el método del video: NO-SI-SI corresponde a línea cortada-continua-continua.

BIBLIOGRAFIA

Fulves, K, (1988), Bob Hummer’s Colllected Secrets

Gardner, M, (2010), Rosqullas anudadas, Barcelona, RBA Libros.

Pla i Carrera, J, (2009), Liu Hui: nueve capítulos de la matemática china, Madrid, S.L. Nivola Libros y Ediciones.

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Regla de cálculo, un viaje al pasado

Regla de cálculo, un viaje al pasado

La regla de cálculo es un instrumento que nos sirve para realizar operaciones matemáticas, como pueden ser multiplicaciones o divisiones, e incluso porcentajes, cálculos de proporcionalidad o raíces cuadradas.

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Fue sustituida inevitablemente por las calculadoras, pero durante más de 400 años fue instrumento imprescindible para todo científico o ingeniero. Por poner un ejemplo, muchos de los cálculos llevados a cabo durante las misiones Apolo, que llevaron al hombre a la luna, fueron realizados con reglas de cálculo. Hay que decir que por entonces la informática aún estaba dando sus primero pasos.

Hoy desde Divermates queremos dejaros un modelo para que os fabriquéis vuestra propia regla de cálculo. Para construirla solo necesitas pegamento, tijeras, e imprimir, a ser posible en cartulina, la plantilla que puedes descargar aquí:

Regla de cálculo – Divermates.

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A continuación te detallamos las instrucciones para su montaje, que es muy sencillo:

Para empezar, recorta por todas las líneas continuas, separando la cartulina en las 7 piezas que vamos a necesitar. Estas piezas se pegarán en 3 capas:

  • Una capa inferior fija y única.
  • Otra capa intermedia que tiene 3 partes.
  • Una capa superior donde aparecen impresas las reglas propiamente dichas.

Es muy importante cortar las piezas de la forma más precisa posible, pues su buen deslizamiento dependerá de estos cortes. Aconsejamos hacer estos cortes con cutter y regla metálica.

regla-de-cálculo--piezas-cortadas

Primero pegamos una de las piezas más pequeñas de la capa intermedia sobre la cara no impresa de la base.

regla-de-cálculo--pegando-primera-pieza

Ahora pegamos la otra pieza pequeña de la capa intermedia. Para garantizar que la pieza central se podrá mover con libertad pero sin holgura, debemos usarla como referencia. Para ello colocamos en su posición dicha pieza (de color gris) pero sin pegarla. Una vez fijada la pieza pequeña, conviene deslizar la pieza gris a izquierda y derecha para comprobar que se desplaza.

regla-de-cálculo--pegando-segunda-pieza

regla-de-cálculo--comprobar-movimiento-de-la-pieza-gris

Debemos pegar ahora la parte inferior de la capa superior. Aplicaremos el pegamento en la pieza intermedia ya pegada a la base, de forma que la nueva pieza que colocamos quede limpia de pegamento en la parte sobrante, ya que nos servirá para construir el carril sobre el que se deslizará la pieza central. Para facilitar este paso puedes extraer la pieza gris por el momento.

regla-de-cálculo--pegando-regla-d

Ahora con la pieza gris de nuevo en su espacio pegamos la pieza de las reglas B-L-C sobre ella. Echamos el pegamento sobre la pieza de la regla, de forma que no quede pegamento sobrante sobre la pieza gris. Debemos intentar alinearla bien contra la regla D que ya tenemos pegada.

regla-de-cálculo--pegando-regla-b-l-cQueda la última pieza, la de las reglas K-A, que pegaremos sobre la pieza superior de la capa intermedia. De nuevo es importante que no caiga pegamento en la parte que permanece visible de la pieza gris. Para ello puede ser más sencillo si deslizamos esta pieza fuera para aplicar el pegamento. Además es importante alinear al 1 las reglas D y B-L-C, y también la nueva pieza de las reglas K-A cuando se fija en su lugar.

regla-de-cálculo--poniendo-pegamento-para-regla-k-a

regla-de-cálculo--pegando-alineada-la-regla-k-a

Después de presionar la pieza K-A para que se fije con el pegamento, hay que deslizar la pieza central a izquierda y derecha suavemente para que no se pegue con algún resto de pegamento y deslice suavemente.

regla-de-cálculo--comprobar-que-desliza-derecha

regla-de-cálculo--comprobar-que-desliza-izquierda

Y con esto tenemos lista nuestra regla de cálculo. Por ahora no hemos diseñado un cursor, dejamos esto a tu creatividad. En cualquier caso se puede utilizar cualquier regla para esta función.


¿Cómo funciona la regla de cálculo?

Comenzamos con multiplicaciones (usamos las letras C y D):

  • 2×3     Alineamos el 2 del D con el 1 del C, y nos fijamos con qué cifra del D coincide el 3 del C:          2×3=6

regla-de-cálculo--multiplicaciones-1

  • 2×8     Al alinear el 2 del D con el 1 del C, el 8 del C queda fuera de la regla. Cuando nos ocurre esto, tenemos que alinear el 2 del D, no con el 1 de C, sino con el 10 del C, para fijarnos de nuevo con qué cifra del D coincide el 8 del C:           2×8=16

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Cuando tenemos distintos dígitos, o incluso decimales, hemos de saber la magnitud del resultado. La regla de cálculo nunca nos dice dónde iría la coma.

Vemos dos ejemplos, 11×25=275 y 1,1×2,5=2,75. Ambos se realizarían de igual manera, por lo que tenemos que saber la magnitud del resultado.

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Para realizar divisiones se realizaría de forma inversa.

Por ejemplo, para hacer 6/3, tendríamos que hacer coincidir el 6 del D, con el 3 del C, para luego fijarnos con qué cifra del D coincide el 1 del C:           6/3=2

Vamos a ver cómo hacer cuadrados o raíces cuadradas (usamos las letras A y D, con la regla en posición inicial):

  • La letra A nos muestra el cuadrado del número que visualicemos en la letra D:           32=9
  • Así mismo, la letra D nos muestra la raíz cuadrada del número que visualicemos en la letra A.

regla-de-cálculo--raices-y-cuadrados-2

Intentamos ahora multiplicaciones dónde un multiplicando es un cuadrado (usamos las letras A, B y D):

  • 22x5    Alineamos el 2 del D con el 1 del B, y nos fijamos con qué cifra del A coincide el 5 del B:          22x5=20

regla-de-cálculo--multiplicando-cuadrado

Por último, veamos cómo hacer logaritmos en base 10 (usamos las letras L y D, con la regla en posición inicial):

  • La letra L nos muestra el logaritmo en base 10 del número que visualicemos en la letra D:           ln2=0.3

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* Ojo! La escala de esta regla con la letra L es decimal, empieza en el 0.0 y acaba en el 1.0, pasando por 0.1, 0.2,… (pensad, que el logaritmo de 10 es 1).

Para más información, o instrucciones sobre otras operaciones, recomendamos visitar el siguiente vídeo. Es muy antiguo pero eso le da una autenticidad muy apropiada para esta herramienta.


 

 

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Concurso de Cortos de Divulgación «Martin Gardner»

Concurso de Cortos de Divulgación «Martin Gardner»

Tenemos una propuesta para ti: Coge tu móvil y cualquier libro que tengas de Martin Gardner. Busca quienes serán tus actores (menores de 19 años) y cuéntanos cualquier concepto de divulgación matemática que se trate en alguna de las obras de Martin Gardner.

No hace falta una gran producción, solo una idea ingeniosa y bien contada. Tienes que contarla deprisa, en menos de 10 minutos. No es imprescindible grabarlo con el móvil. Si lo prefieres puedes hacerlo con cualquier técnica y con toda la calidad que desees.

Súbela a youtube y rellena los datos del formulario. ¡Ya estás dentro del Concurso de Cortos de Divulgación «Martin Gardner»! Este Concurso está organizado por el Ayuntamiento de Velilla de San Antonio, con la ayuda de Divermates y el apoyo de FECYT.

Bases y ficha de Inscripción al Concurso de Cortos de Divulgación Matemática.

También puedes elegir primero el tema y comprobar si Martin Gardner escribió sobre él. Es muy probable que así sea ya que escribió sobre prácticamente todo lo que hay de matemáticas. En internet pueden consultar su bibliografía. También puedes buscar si publicó algún artículo del tema que te gusta en su «columna matemática» de la revista Scientific American. Hay una lista completa de los títulos de los artículos aquí.

Esperamos vuestras propuestas como homenaje al más grande divulgador de las matemáticas, para terminar de conmemorar los 100 años de su nacimiento.

Marrtin Gardner con botella de Klein

Martin Gardner con botella de Klein

 

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El defecto de Descartes

No, no… No es que Descartes fuera cojo o le faltase sentido del humor. El defecto de Descartes es un resultado matemático muy curioso que nos ha dejado tan alucinados que queremos compartirlo con vosotros.

  • Toma un sólido convexo (es decir, sin caras hundidas). No tiene por qué ser un poliedro regular.
    • Nosotros tomaremos un cubo como ejemplo.
  • Ve a un vértice. En ese vértice confluyen varias caras. ¿Qué ángulo forman las caras en ese vértice? Suma todos los ángulos que forman las caras en ese vértice.
    • En nuestro ejemplo, como las caras de un cubo son cuadrados, cada ángulo es de 90º. Como hay 3 caras en cada vértice, la suma es 90×3=270º.
  • Ahora réstaselo a 360º. A esto se le llama DEFECTO (porque es lo que falta para rellenar el espacio por completo)
    • 360º – 270º = 90º
  • Haz lo mismo con todos los vértices y suma los resultados.
    • Un cubo tiene 8 vértices (todos iguales porque es un poliedro regular), así que 8 x 90º = 720º

Pues lo sorprendentes es que este resultado final (720º) es el mismo, ¡¡¡¡elijas el poliedro que elijas!!!!

¿No te lo crees? (bien, eso indica que tienes mente científica) Puedes encontrar la demostración matemática de este fabuloso resultado en el blog de Gaussianos.

Lo que te dejará con la boca abierta es que este resultado está directamente relacionado con la Fórmula de Euler, que puedes convertir en un juego de adivinación.

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