Come si calcola il volume di un prisma?

Aperto da Eutidemo, 09 Giugno 2024, 14:47:00 PM

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Eutidemo

Come leggo pressochè ovunque su INTERNET, il "prisma" in geometria solida è un "poliedro" le cui "basi" sono due "poligoni" congruenti di "n lati" posti su "piani paralleli" e connessi da un ciclo di "parallelogrammi"; i quali sono definiti "facce laterali".
Ad esempio:
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Il "volume di un prisma" si calcola moltiplicando l'area della "base" per la sua "altezza"; quindi, se A rappresenta l'area della base e h rappresenta l'altezza del prisma, il suo volume V è dato dalla formula V = A x h.
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Tale definizione e tale formula sono "geometricamente" e "matematicamente" ineccepibili; però, almeno secondo me, potrebbero causare qualche increscioso "equivoco", qualora utilizzati nel mondo "fisico".
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Ed invero, in astratto, un "pentagonoide" (per così definire, in modo sintetico ma improprio, un "prisma a base pentagonale"), come qualunque altro "prisma", non ha una posizione predeterminata dalla "forza di gravità"; per cui è concepibile in svariate posizioni, le quali non ci consentono di definire due delle facce "basi" (quantomeno nella comune accezione del termine).
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Ed invero, nello "spazio geometrico", ed anche nello "spazio siderale" privo di gravità, nessun "prisma" ha una sua "base" concepita in senso proprio, quantomeno a livello "semantico", perchè, in verità, non è "appoggiato" da nessuna parte!
Come risulta evidente dalla seguenti immagini:
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Ora, in molti casi, non si verifica nessun equivoco.
Ad esempio, a parte il fatto che il "PENTAGONO USA" ha una sola "base", costituita dal pavimento,  ed un normale "soffitto" e "tetto" (entrambi, appunto, "pentagonali"), e non, almeno secondo il linguaggio comune, due "basi" (una in alto e una in basso), la formula matematica di cui sopra, senza considerare lo spazio aperto all'interno dell'edificio, funziona tuttavia perfettamente; ed infatti, più o meno, il volume dell'edificio può essere facilmente calcolato moltiplicando l'area della "base" per la sua "altezza".
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Ma se noi presentiamo ad uno scolaretto un "pentagonoide"  a forma approssimativa ed in posizione di "CASETTA", come il seguente, e gli diciamo di calcolarne il volume moltiplicando l'area della "base" per la sua "altezza", sono sicuro che lo scolaretto sbaglierà sicuramente il calcolo.
 
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Ed infatti, in questo caso, a differenza del "PENTAGONO USA", per calcolare il volume "pentagonoide"  a forma ed in posizione di "CASETTA", occorre moltiplicare l'area della "facciata anteriore" (o anche  "posteriore"), per uno degli "spigoli corti" (o "lati corti") dell'edificio, e non certo la "base" della casetta per la sua "altezza"!
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Ciò premesso, secondo me, per evitare fraintendimenti semantici, il "prisma" in geometria solida dovrebbe essere definito un "poliedro" dotato di:
- due "poligoni" congruenti di "n lati" posti su "piani paralleli", definiti "facce principali" (e non "basi");
-  i quali sono connessi da un ciclo di "parallelogrammi", i quali sono definiti "facce laterali".
Secondo me, cioè, ci conviene parlare  solo di "facce principali" e di "facce laterali" (o "secondarie"), evitando qualunque accenno al concetto di "base"; il quale evoca inevitabilmente l'idea di una "forza gravitazionale".
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Di conseguenza, a mio modesto parere potremmo più congruamente dire che il "volume" di un prisma si calcola moltiplicando l'area di una qualsiasi delle sue due "facce principali", per la lunghezza di uno degli spigoli (o lati) delle sue "facce laterali"!
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Ma questo è soltanto il presuntuoso suggerimento di un profano, del tutto digiuno della materia; per cui, se ho detto una "castroneria", spero che chi è più esperto in materia di me, vorrà perdonarmi! :-[
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P.S.
Per il "cubo", ovviamente, il problema  non si pone, perchè ha sei facce tutte uguali.

Ipazia

Per base di un prisma retto si intende quella da cui dipartono ortogonalmente gli spigoli che sono pure altezza del prisma. Posizionare il prisma su una faccia laterale e partire da lì per determinare il volume complicherebbe inutilmente il calcolo, per cui la geometria intende per base sempre il poligono nella forma canonica dei primi disegni.

Nel caso di basi quadrilatere il calcolo non cambia, mentre cambia per tutte le altre forme della base fino alla forma limite del cerchio (cilindro).

Anche nel caso di prismi obliqui vale la stessa regola, nel qual caso l'altezza è inferiore alla lunghezza dello spigoli vericale.
pacata posse omnia mente tueri (Lucrezio)
simplex sigillum veri

iano

#2
Si, bisognerebbe specificare che non c'è un solo modo di calcolare un volume, mentre di solito ci si limita a dare il calcolo più semplice, quello da considerarsi come ''base'', come fosse ''la formula univoca'' di calcolo del volume, col rischio che essendo presentata la formula come unica, essendo unico il volume, si assimilino le cose una all'altra.
In questo caso è facile scoprire la relatività di formule diverse che portano allo stesso risultato, ma ci sono casi in cui la questione non è cosi evidente, e coincidenza vuole che di ciò stiamo parlando nella discussione ''principi di realtà''.
Ma in sostanza l'illusione della realtà nasce proprio da un equivoco del genere, rimanendo più nascosta la sua ''relativa relatività''.
Interessante poi notare che per certi solidi posizionati comunque secondo un criterio di ''sostenibilità gravitazionale'', come ad esempio il cubo, cambiando la sua posizione sostenibile in modo gravitazionale, la formula di calcolo non cambia, e da ciò possiamo trarre un idea di simmetria che non sia solo statica, riferita cioè al possesso di un piano di simmetria, ma riferita a ciò che non cambia, o meglio che si ripete, all'interno di una situazione dinamica.
Cioè il cubo è simmetrico non solo perchè possiede un piano di simmetria, ma perchè rivoltandolo, non cambia.
Tutto ciò potrebbe sembrare banale, ma il rivedere in tal modo il concetto di simmetria, generalizzandolo, ha costituito una rivoluzione nell'ambito della geometria.
In particolare si è potuta così ridefinire la geometria euclidea secondo questo nuovo e più profondo concetto di simmetria, come lo spazio delle cose che non cambiano per traslazione e rotazione.
In generale una geometria è divenuta dunque uno spazio caratterizzato dal fatto di ciò che non cambia in seguito a precise azioni.
Eienstein: ''Dio non gioca a dadi''
Bohr: '' Non sei tu Albert, a dover dire a Dio cosa deve fare''
Iano: ''Perchè mai Dio dovrebbe essere interessato ai nostri giochi?''

iano

#3
Questo fatto a sua volta ha permesso di generalizzare la geometria all'algebra,( anche perchè a dispetto dei diversi nomi che assume, la matematica è unica), perchè nell'aritmetica le operazioni sono azioni a seguito delle quali in certi casi si ottiene sempre lo stesso risultato .
Eienstein: ''Dio non gioca a dadi''
Bohr: '' Non sei tu Albert, a dover dire a Dio cosa deve fare''
Iano: ''Perchè mai Dio dovrebbe essere interessato ai nostri giochi?''

Eutidemo

Ciao Ipazia. :)
Hai ragione nel dire che posizionare il prisma su una "faccia laterale" e partire da lì per determinare il volume complicherebbe inutilmente il calcolo; ed è per questo che la geometria intende sempre per "base" il poligono che facilita il calcolo, e, cioè, una delle due "facce principali".
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Ma io non contesto questo, che capisco benissimo!
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Sostengo soltanto che sarebbe molto meglio chiamare i due "poligoni" congruenti (di "n lati" posti su "piani paralleli" e connessi tra di loro da un ciclo di "parallelogrammi" detti "facce laterali"), non con la denominazione equivoca di "basi", bensì con la meno equivoca denominazione di "facce principali".
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Ed infatti, la denominazione di "basi", è semanticamente e concettualmente impropria e può facilmente confondere le idee, in quanto, per "base" :
- si intende la parte "inferiore" di un qualcosa, e non anche quella "superiore", ancorchè parallella, e della stessa forma ed area;
- si intende qualcosa che "poggia" su una "superficie piana orizzontale", mentre il "prisma", in sè e per sè ed in quanto tale, non implica nè richiede un tale ulteriore concetto geometrico "bidimensionale", potendo immaginarsi in una qualsiasi posizione nello spazio "tridimensionale" (ed anche siderale).
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In sintesi, inoltre, il termine "base", evoca implicitamente, la "legge di gravità"; che non ha senso in geometria!
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Un cordiale saluto! :)
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Eutidemo

Ciao Iano :)
Hai ragione nello scrivere che  il calcolo del volume del "cubo", pur modificandosi la sua posizione nello spazio, non cambia mai; e che da ciò possiamo trarre un idea di simmetria che non sia solo statica, riferita cioè al possesso di un piano di simmetria, ma riferita a ciò che non cambia, o meglio che si ripete, all'interno di una situazione dinamica.
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Ed infatti, pur essendo un "prisma", il volume del "cubo" non si calcola affatto misurando la "base" per l'"altezza", bensì elevando alla "terza potenza" uno qualsiasi dei suoi "lati" (o "spigoli", che dir si voglia); cioè, appunto, elevandolo "al cubo"! ;D
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Un cordiale saluto! :)
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iano

Citazione di: Eutidemo il 09 Giugno 2024, 16:57:51 PM
In sintesi, inoltre, il termine "base", evoca implicitamente, la "legge di gravità"; che non ha senso in geometria!
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hai assolutamente ragione, ma ciò si spiega col fatto che veniamo da una storia che 2000 anni fà confondeva la geometria di Euclide con la realtà, comprensiva eventualmente della gravitazione, o di quella che era la sua versione di allora, e che in qualche modo l'equivoco si rinnova, perchè quella confusione è ancora parte attiva della nostra natura, nella misura in cui continuiamo a confondere la realtà con le sue spiegazioni.
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Ipazia

In geometria per base di una figura, anche piana, si intende l'asse di ascissa e per altezza l'asse di ordinata. Porre il prisma in posizione corretta facilita la comprensione logica del calcolo del volume che non è nient'altro che l'integrazione della base rispetto all'altezza. Cosa che si può concepire soltanto appoggiando sul piano delle ascisse il poligono di n lati, anche irregolari, che diventa la base ottimale della figura geometrica solida.Non puoi visualizzare questo allegato.
pacata posse omnia mente tueri (Lucrezio)
simplex sigillum veri

Eutidemo

Ciao Ipazia. :)
A dire il vero, io sapevo che soltanto nella "geometria bidimensionale", si intende per "base" l'asse di "ascissa" e per altezza l'"asse di ordinata"; nella  "geometria tridimensionale", invece, servirebbero almeno tre assi, e non solo due.
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Nella  "geometria tridimensionale", invece, almeno quella elementare, per "base" di un "solido" (ad es. un "prisma") si intende il poligono o il cerchio su cui "poggia" o si immagina "appoggiato" il solido; il che, come ho detto, in determinati casi può generale confusione, perchè evoca la "legge di gravità".
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Però, come avevo già scritto, hai senz'altro ragione nel dire che, porre il prisma in posizione corretta, e, cioè, su una delle due "facce principali" (senza chiamarle necessariamente "basi"), facilita senz'altro la comprensione logica del calcolo del volume.
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Un cordiale saluto! :)
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Ipazia

Nella immagine postata vi è una estensione dei piani cartesiani a oggetti tridimensionali (asse z) in cui la "base" x funziona come nelle figure bidimensionali.

La voce "base" treccani non riduce la geometria a spazio gravitazionale generando automatica confusione, ma piuttosto associa l'idea di base ad una linea orizzontale su cui "poggiano" gravi e astratte figure geometriche, in una posizione utile a fare progetti e calcoli, ciascuno nel suo ambito.

Personalmente non ho mai associato la base del triangolo a questioni gravitazionali, ma solo al piano orizzontale dell'immagine, correlato al piano verticale dell'altezza.

Non so quanto la variazione didattica da "base" a "faccia" o "lato principale" possa migliorare la comprensione.
pacata posse omnia mente tueri (Lucrezio)
simplex sigillum veri

Eutidemo

#10
Ciao Ipazia. :)
Purtroppo i tuoi allegati non sono ancora visibili; ma io ti credo comunque sulla parola! :)
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Tuttavia, come l'esempio della mia CASETTA dimostra, io continuo a pensare che la variazione semantica  da "base" a "faccia principale" del prisma, in molti casi possa migliorare la comprensione dei calcoli da effettuare per determinare il volume del prisma.
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Quanto al verbo "poggiare", insisto nel dire che esso "evoca" senz'altro la "forza gravitazionale"; ed infatti, in una navetta spaziale nello spazio esterno, non puoi "poggiare" nulla da nessuna parte, perchè tutto "galleggia" nell'aria!
Anche un "prisma"!
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Però la mia è solo un opinione che vale quanto la tua; anzi, anche meno! :)
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Un cordiale saluto! :)
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