Una superficie , como se usa más generalmente el término, es la capa más externa o superior de un objeto o espacio físico. [1] [2] Es la porción o región del objeto que un observador puede percibir por primera vez utilizando los sentidos de la vista y el tacto , y es la porción con la que otros materiales interactúan por primera vez. La superficie de un objeto es más que "un mero sólido geométrico", sino que está "llena, extendida o impregnada de cualidades perceptibles como el color y la calidez". [3]
El concepto de superficie ha sido abstraído y formalizado en matemáticas , concretamente en geometría . Dependiendo de las propiedades en las que se pone énfasis, existen varias formalizaciones de este tipo no equivalentes, que se denominan todas ellas superficie , a veces con algún calificativo, como superficie algebraica , superficie lisa o superficie fractal .
El concepto de superficie y su abstracción matemática se utilizan ampliamente en física , ingeniería , gráficos por computadora y muchas otras disciplinas, principalmente para representar las superficies de objetos físicos. Por ejemplo, al analizar las propiedades aerodinámicas de un avión , la consideración central es el flujo de aire a lo largo de su superficie. El concepto también plantea ciertas preguntas filosóficas, por ejemplo, qué tan gruesa es la capa de átomos o moléculas que pueden considerarse parte de la superficie de un objeto (es decir, dónde termina la "superficie" y comienza el "interior"), [ 2] [4] y ¿los objetos realmente tienen alguna superficie si, a nivel subatómico, nunca entran en contacto con otros objetos? [5]
La superficie de un objeto es la parte del objeto que se percibe principalmente. Los humanos equiparan ver la superficie de un objeto con ver un objeto. Por ejemplo, al mirar un automóvil, normalmente no es posible ver el motor, la electrónica y otras estructuras internas, pero el objeto aún se reconoce como un automóvil porque la superficie lo identifica como tal. [6] Conceptualmente, la "superficie" de un objeto se puede definir como la capa superior de átomos. [7] Muchos objetos y organismos tienen una superficie que es de alguna manera distinta de su interior. Por ejemplo, la cáscara de una manzana tiene cualidades muy diferentes a las del interior de la manzana, [8] y la superficie exterior de una radio puede tener componentes muy diferentes a los del interior. Pelar la manzana constituye la eliminación de la superficie, dejando en última instancia una superficie diferente con una textura y apariencia diferente, identificable como una manzana pelada. Quitar la superficie exterior de un dispositivo electrónico puede hacer que su propósito sea irreconocible. Por el contrario, eliminar la capa más externa de una roca o la capa superior de líquido contenida en un vaso dejaría una sustancia o material con la misma composición, sólo ligeramente reducido en volumen. [9]
En matemáticas , una superficie es un modelo matemático del concepto común de superficie. Es una generalización de un plano , pero, a diferencia de un plano, puede ser curvo ; esto es análogo a una curva que generaliza una línea recta .
Existen varias definiciones más precisas, dependiendo del contexto y de las herramientas matemáticas que se utilicen para el estudio. Las superficies matemáticas más simples son planos y esferas en el espacio tridimensional euclidiano . La definición exacta de una superficie puede depender del contexto. Normalmente, en geometría algebraica , una superficie puede cruzarse a sí misma (y puede tener otras singularidades ), mientras que, en topología y geometría diferencial , puede que no.
Una superficie es un espacio topológico de dimensión dos; esto significa que un punto en movimiento sobre una superficie puede moverse en dos direcciones (tiene dos grados de libertad ). En otras palabras, alrededor de casi todos los puntos existe un parche de coordenadas en el que se define un sistema de coordenadas bidimensional . Por ejemplo, la superficie de la Tierra se parece (idealmente) a una esfera, y la latitud y la longitud proporcionan coordenadas bidimensionales (excepto en los polos y a lo largo del meridiano 180 ).Muchas superficies consideradas en física y química ( ciencias físicas en general) son interfaces . Por ejemplo, una superficie puede ser el límite idealizado entre dos fluidos , líquido y gas (la superficie del mar en el aire) o el límite idealizado de un sólido (la superficie de una bola). En dinámica de fluidos , la forma de una superficie libre puede estar definida por la tensión superficial . Sin embargo, son superficies sólo a escala macroscópica . A escala microscópica , pueden tener cierto espesor. A escala atómica , no parecen en absoluto una superficie, debido a los agujeros formados por espacios entre átomos o moléculas .
Otras superficies consideradas en física son los frentes de onda . Una de ellas, descubierta por Fresnel , es denominada por los matemáticos superficie de onda .
La superficie del reflector de un telescopio es un paraboloide de revolución .
Otras ocurrencias:
Uno de los principales desafíos de los gráficos por computadora es la creación de simulaciones realistas de superficies. En las aplicaciones técnicas de gráficos por computadora en 3D ( CAx ), como el diseño y la fabricación asistidos por computadora , las superficies son una forma de representar objetos. Las otras formas son estructura alámbrica (líneas y curvas) y sólidos. Las nubes de puntos también se utilizan a veces como formas temporales de representar un objeto, con el objetivo de utilizar los puntos para crear una o más de las tres representaciones permanentes.
Una técnica utilizada para mejorar el realismo de las superficies en los gráficos por computadora es el uso de algoritmos de representación física (PBR) que simulan la interacción de la luz con las superficies en función de sus propiedades físicas, como la reflectancia , la rugosidad y la transparencia . Al incorporar modelos y algoritmos matemáticos, PBR puede generar representaciones altamente realistas que se asemejan al comportamiento de materiales del mundo real. PBR ha encontrado aplicaciones prácticas más allá del entretenimiento, extendiendo su impacto al diseño arquitectónico , creación de prototipos de productos y simulaciones científicas.