Τα Μαθηματικά στην Τέχνη: Η ταινία του Möbius

 

Αν είχαμε μια κενή σφαίρα με ένα μυρμήγκι στο εσωτερικό της, εύκολα θα αντιλαμβανόμασταν ότι η σφαίρα διαθέτει δύο διακεκριμένες όψεις. Ένα μυρμήγκι που περπατά στο εσωτερικό της σφαίρας δεν θα φτάσει ποτέ στην εξωτερική επιφάνεια. Επίσης, ένα μυρμήγκι που περπατά στο εξωτερικό της δεν πρόκειται να περάσει στο εσωτερικό.

Μια επίπεδη επιφάνεια που εκτείνεται ως το άπειρο προς όλες τις κατευθύνσεις διαθέτει, επίσης, δύο όψεις. Ένα μυρμήγκι που περπατά στη μία όψη δεν πρόκειται να βρεθεί ποτέ στην άλλη. Ακόμη και μια πεπερασμένη επίπεδη επιφάνεια, όπως μια σελίδα χαρτιού, θεωρείται δύο όψεων αν το μυρμήγκι δεν καταφέρει να "καβαλήσει" τις αιχμηρές ακμές του συνόρου της. Ομοίως, ένα κοίλο αντικείμενο τοροειδούς σχήματος σαν τον λουκουμά έχει δύο όψεις. 

Η πρώτη επιφάνεια μίας όψης που ανακαλύφθηκε και μελετήθηκε είναι η ταινία του Möbius.

Seth Bareiss (γεν. 1964) - "Forever Fish" (2005)

Τα βιβλία γράφουν... 

Η ταινία του Möbius είναι μια επιφάνεια με μία μόνο όψη και μόνο ένα σύνορο (συνοριακή γραμμή), ενώ δεν έχει προσανατολισμό.

M.C Escher (1898-1972) - "Möbius Strip I" (1961)

M.C Escher (1898-1972) - "Möbius Strip II - Red Ants" (1963)

Για να κατασκευάσει κανείς μια ταινία Möbius, αρκεί απλώς να ενώσει τα δύο άκρα μιας μακριάς ανοιχτής λωρίδας, αφού πρώτα περιστρέψει το ένα από αυτά κατά 180º ως προς το άλλο. Σε μια τέτοια επιφάνεια, ένα μυρμήγκι μπορεί να περπατήσει από ένα σημείο σε ένα άλλο, χωρίς ποτέ να διασχίσει μια ακμή.

M.C Escher (1898-1972) - "Möbius Horsemen" (1946)

Joachim Eriksen (σύγχρονος καλλιτέχνης) - "Möbius"

Joachim Eriksen (σύγχρονος καλλιτέχνης) - "Intermediate Dimension"

Προσπαθήστε να χρωματίσετε μια ταινία Möbius. Είναι αδύνατο να βάψετε τη μια πλευρά κόκκινη και την άλλη πράσινη, καθώς διαθέτει μια μόνο όψη. Αυτό σημαίνει ότι αν πάρουμε δύο οποιαδήποτε σημεία πάνω στην ταινία του Möbius, μπορούμε να σχεδιάσουμε μια συνεχή γραμμή, χωρίς ποτέ να διασχίσουμε ένα σύνορο (ακμή).  

Joachim Eriksen (σύγχρονος καλλιτέχνης) - "Über die Einfachheit der Dinge"

Η ταινία του Μέμπιους είναι μια μη προσανατολιζόμενη επιφάνεια. Παρατηρήστε ότι ο κάβουρας που κινείται πάνω σε αυτήν αντιστρέφεται (η μεγάλη του δαγκάνα από αριστερά πάει δεξιά) κάθε φορά που κάνει έναν πλήρη κύκλο. Αυτό δεν θα συνέβαινε αν ο κάβουρας κινούταν πάνω σε έναν τόρο.

Η ταινία του Möbius με τις ενδιαφέρουσες ιδιότητές της έχει αποτελέσει -και συνεχίζει να αποτελεί- έμπνευση για πολλούς καλλιτέχνες...

"Möbius" - Γλυπτό των Jennifer Macklem & Kip Jones 
που διακοσμεί το εξωτερικό της δημόσιας βιβλιοθήκης της Κελόουνα στον Καναδά.

"Möbius Ship" (2006) - Γλυπτό του Tim Hawkinson
που παριστάνει τον αέναο κύκλο της ταινίας του Möbius.
(Μουσείο Τέχνης της Ινδιανάπολης)

Joachim Eriksen (σύγχρονος καλλιτέχνης) - "Simplicity (Möbius band)", γλυπτό από αλάβαστρο

Η ανακάλυψή της αποδίδεται στους Γερμανούς μαθηματικούς August Ferdinand Möbius και Johann Benedict Listing το 19ο αιώνα, αν και μια δομή παρόμοια με την ταινία του Möbius φαίνεται στα ρωμαϊκά μωσαϊκά που χρονολογούνται γύρω στο 200-250 μ.Χ.  

Αρχαίο ρωμαϊκό μωσαϊκό, όπου απεικονίζεται μια δομή παρόμοια με την ταινία του Möbius  

Πηγές:

• Clifford Pickover (2006). Η Λωρίδα του Μέμπιους. Εκδόσεις Τραυλός, Αθήνα.
• DiscoverNewFields
• The Moebius Strip: Dr August Moebius's marvellous band in Mathematics, games, literature, art, technology and cosmology
• Wikipedia | Λωρίδα του Μέμπιους
• Zeichnungen von Joachim Eriksen

"Αλγεβρικές επιφάνειες"... ψηφιακά έργα μαθηματικής τέχνης!

 

Ο Γερμανός Torolf Sauermann, χρησιμοποιώντας μαθηματικά και το λογισμικό Surfer, δημιουργεί μοναδικά ψηφιακά έργα μαθηματικής τέχνης. Aποκαλεί τη συλλογή "Αλγεβρικές Επιφάνειες", αφού οι επιφάνειες που απεικονίζονται, παριστάνονται από αλγεβρικές εξισώσεις στον τρισδιάστατο χώρο. 

"Sauermann Surface 2013"

"Kubismus Sauermann 2011"

"2x Sphere"

"3x Sphere"

"4x Sphere"

"6x Sphere"

"Sauermann Nonic Surface 2013"

"Sunflower Sauermann 2008"

"Cube Surface"

"d=10 Demo Sauermann 2013"

"Fresnel Wave Surface"

Πηγή εικόνων: Imaginary.org

Τα Μαθηματικά στην Τέχνη: Υπερβολικό παραβολοειδές

Τα βιβλία γράφουν...

Το υπερβολικό παραβολοειδές είναι μια τετραγωνική επιφάνεια, δηλαδή επιφάνεια 2^ου βαθμού. 

Η επιφάνεια του υπερβολικού παραβολοειδούς είναι απεριόριστη και παράγεται από την κίνηση ευθείας, είναι επομένως ευθειογενής επιφάνεια.

Το υπερβολικό παραβολοειδές έχει δύο επίπεδα συμμετρίας, τα οποία είναι κάθετα μεταξύ τους. Η τομή των δύο αυτών επιπέδων είναι ο άξονας συμμετρίας της επιφάνειας, ο οποίος τέμνει την επιφάνεια σε ένα μοναδικό σημείο, που λέγεται κορυφή του υπερβολικού παραβολοειδούς.

Τα επίπεδα συμμετρίας τέμνουν την επιφάνεια σε δύο παραβολές, που έχουν κοινό σημείο την κορυφή της επιφάνειας.

Κάθε επίπεδο παράλληλο σε ένα από τα επίπεδα συμμετρίας επίσης τέμνει την επιφάνεια κατά παραβολή.

Κάθε επίπεδο κάθετο και στα δύο επίπεδα συμμετρίας τέμνει την επιφάνεια σε υπερβολή, εκτός από το επίπεδο που διέρχεται από την κορυφή της επιφάνειας, το οποίο την τέμνει σε δύο ευθείες.

Τα παραπάνω δικαιολογούν και το όνομα της επιφάνειας, καθώς και το ότι το υπερβολικό παραβολοειδές δεν είναι φραγμένο.

Σύγχρονοι ζωγράφοι, γραφίστες, αλλά και γλύπτες έχουν χρησιμοποιήσει το υπερβολικό παραβολοειδές στα έργα τέχνης τους.

Don Barrett (Σύγχρονος γραφίστας) - "Back In The Saddle Again" 

Don Barrett (Σύγχρονος γραφίστας) - "Gravity Well"

Aaron Lee (Σύγχρονος ζωγράφος) - "Hyperbolic Paraboloid" 

Joe Orlando (γεν. 1949) - "Υπερβολική Παραβολοειδής Στήλη" (γλυπτό που ολοκληρώθηκε το 1985)

Η γεωμετρία του υπερβολικού παραβολοειδούς έχει χρησιμοποιηθεί πολύ συχνά στη σύγχρονη αρχιτεκτονική, αποτελώντας έμπνευση για τη δημιουργία ξεχωριστών κτηρίων. Μετά τη σφαίρα και τον κύλινδρο, είναι η πλέον εφαρμοσμένη επιφάνεια 2^ου βαθμού στην αρχιτεκτονική, δημιουργώντας εντυπωσιακές καμπυλωτές φόρμες.

Arseniusz Romanowicz & Piotr Szymaniak - Σιδηροδρομικός Σταθμός Warszawa Ochota, Βαρσοβία
(ολοκληρώθηκε το 1962)

Le Corbusier - Ι. Ξενάκης, Philips Pavilion, Διεθνής Έκθεση Βρυξελλών, 1958

Le Corbusier - Ι. Ξενάκης, Philips Pavilion, Διεθνής Έκθεση Βρυξελλών

Santiago Calatrava (γεν. 1951) - Ολυμπιακό Στάδιο Αθηνών, στέγαστρο του ΟΑΚΑ (2004)

Santiago Calatrava (γεν. 1951) - Ολυμπιακό Στάδιο Αθηνών, στέγαστρο του ΟΑΚΑ (2004)

Félix Candela - Restaurante "Los Manantiales", Xochimilco, México

(σχεδιάστηκε το 1958)

Félix Candela - L'Oceanographic, Valencia
(σχεδιάστηκε το 1997)

.*.~.*.~.*.~.*.~.*.~.*

"Άρχισα να ενδιαφέρομαι για τη γεωμετρία του υπερβολικού παραβολοειδούς. Η ιδέα μιας απεριόριστης καμπύλης, η οποία δεν έχει στοιχεία καμπύλης, ήταν η έμπνευση που προκάλεσε 11 χρόνια δουλειάς. Ο πειραματισμός πάνω στην κατασκευή αυτών των επιφανειών οδήγησε τελικά στη δημιουργία της υπερβολικής παραβολοειδούς στήλης το 1985".
Joe Orlando

.*.~.*.~.*.~.*.~.*.~.*

Πηγές:

• Θ. Κουφογιώργος, Μαθήματα Αναλυτικής Γεωμετρίας, Τυπογραφείο Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, 2004
• E.H. Gombrich, Το Χρονικό της Τέχνης, Μορφωτικό Ίδρυμα Εθνικής Τραπέζης, 1995
• Wassily Kandinsky, Σημείο-Γραμμή-Επίπεδο, Εκδόσεις Δωδώνη, 2013
• Wassily Kandinsky, Για το πνευματικό στην Τέχνη, Εκδόσεις Νεφέλη, 1981
• Aaron Lee Art
• Behance.net: Hyperbolic Paraboloid
• Oceanographic.org
• Pixels: Don Barrett art
• Wolfram Mathworld: Hyperbolic Paraboloid