Bola Tetraédrica


Bola tetraédrica: da planificação tetraédrica à esfera


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Problema

Considere o plano
\[
\Pi=\{(x,y,0)\in\mathbb{R}^3\}
\] e um padrão fundamental \(\Omega\subset\Pi\).
Como reorganizar cópias de \(\Omega\) de modo a obter uma
planificação tetraédrica e, a partir dela, construir uma configuração
sobre uma superfície esférica?

Justificativa

A construção utiliza meias-voltas, isto é, rotações de \(180^\circ\).
Se \(M\in\Pi\) é o centro da rotação, a meia-volta é dada por

\[
R_M(X)=2M-X.
\]

Aplicando essas rotações ao padrão \(\Omega\), obtêm-se quatro cópias
que podem ser reorganizadas em uma região triangular \(T\subset\Pi\).

A região \(T\) admite uma decomposição

\[
T=T_1\cup T_2\cup T_3\cup T_4,
\]

onde \(T_1,T_2,T_3,T_4\) são quatro triângulos congruentes que
constituem uma planificação de um tetraedro.

As arestas comuns dos \(T_i\) determinam as linhas de dobragem.
As curvas que delimitam o padrão acompanham a transformação da
superfície e determinam as costuras curvilíneas da configuração final.

Procedimento

  1. Considerar um padrão fundamental \(\Omega\subset\Pi\).
  2. Construir três novas cópias de \(\Omega\) por meio de meias-voltas.
  3. Reorganizar as quatro cópias em uma região triangular
    \(T\subset\Pi\).
  4. Decompor \(T\) nos quatro triângulos congruentes
    \(T_1,T_2,T_3,T_4\).
  5. Interpretar essa decomposição como uma planificação de um tetraedro.
  6. Dobrar as faces \(T_i\) em torno de suas arestas comuns,
    obtendo a superfície tetraédrica.
  7. Deformar continuamente essa superfície até a esfera\[
    S^2=\{X\in\mathbb{R}^3:\|X\|=1\},
    \]acompanhando a transformação das curvas de corte.

Exploração e construção computacional

A construção pode ser explorada de forma interativa em 3D ou
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