ayer, haciendo problemas de geometría del espacio con una
estupenda alumna de 2º de bachillerato, nos preguntábamos por qué el volumen del tetraedro
definido por tres vectores no coplanarios es igual a la sexta parte del paralelepípedo
limitado por esos vectores y los vectores deslizantes paralelos
correspondientes... en el dibujo se entenderá mejor.
vamos a tratar de comprobarlo para un caso sencillo, como es
el de un cubo. si lo cortamos con un plano que pase por tres diagonales de sus
caras, obtenemos una pirámide cuya base es un triángulo equilátero -de lado la
diagonal de la cara del cubo- y cuyas caras laterales son triángulos rectángulos
isósceles -de catetos iguales a la arista del cubo-.
el volumen de una pirámide es el producto del área de la
base por la altura -perpendicular a la base desde el vértice superior de la
pirámide-. empezaremos calculando el área de la base, que como hemos dicho es
un triángulo equilátero. si a la arista del cubo la llamamos a, la diagonal de la cara será a·√2. por otro lado, la altura de
un triángulo equilátero se puede demostrar fácilmente que es igual a su lado
multiplicado por √3/2. haciendo los cálculos para nuestro caso, obtenemos que el
área de la base es a2·√3/2.
hay dos distancias que vamos a necesitar para calcular la
altura de la pirámide. una es la altura de la cara lateral. al tratarse de un
triángulo rectángulo isósceles, se comprueba fácilmente que es igual a la mitad
de la hipotenusa, y por tanto en nuestro caso igual a la mitad de la diagonal
de la cara del cubo: a·√2/2.
la otra distancia que necesitamos es la apotema de la base.
en el caso de un triángulo equilátero, la verdad es que no me la sabía porque
no es algo que se use mucho, pero se puede deducir utilizando razones trigonométicas.
para nuestro caso será a·√6/6.
ahora viene el paso más difícil. vamos a hacer una sección
de la pirámide, con un plano que contenga a una de sus aristas y a la altura de
una de sus caras laterales. si nos damos cuenta, hay un triángulo rectángulo
cuya hipotenusa es la altura de la cara (a·√2/2),
y cuyos catetos son la apotema de la base (a·√6/6) y la altura de la pirámide que queremos calcular. aplicamos el teorema de pitágoras
y obtenemos que la altura de la pirámide es a/√3.
ya sólo nos falta sustituir los valores del área de la base
y de la altura en la fórmula del volumen de la pirámide. y tal como estaba
previsto, es igual a a3/6. es decir, la sexta
parte del volumen del cubo.
he comprado plastilina -que no la usaba desde egb- para moldear un cubo y cortarle una
porción de forma piramidal de la manera que hemos explicado, y así poder visualizar este problema en tres dimensiones. porque por muchos gráficos que hagas sobre
el papel, siempre hay algo que se te escapa...
esta tableta de plastilina, en su estado original medía 13
cm de longitud, 5 cm de anchura y 2 cm de grosor. es decir, su volumen es de
130 cm3. con ella se puede formar un cubo cuya arista sería 3√130 = 5,066.
aproximadamente 5 cm. el cubo me ha salido un poco amorfo, y eso que he usado
un libro para alisarle las caras. pero cuando lo he seccionado, ya sí que me ha
quedado un engendro. me abstengo de poner fotos del resultado...
pero bueno, me ha servido como excusa para ir a la papelería
que tengo al lado de casa. una de las chicas que hay allí es amiguita mía. ^_^
alguna sugerencia de cosas que se puedan hacer con plastilina amarilla?















