Una superficie , como se usa el término más generalmente, es la capa más externa o superior de un objeto físico o espacio. [1] [2] Es la porción o región del objeto que puede ser percibida primero por un observador usando los sentidos de la vista y el tacto , y es la porción con la que otros materiales interactúan primero. 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 , específicamente en geometría . Dependiendo de las propiedades en las que se hace hincapié, existen varias formalizaciones de este tipo no equivalentes, que se denominan todas 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 espesor tiene la capa de átomos o moléculas que se puede considerar parte de la superficie de un objeto (es decir, dónde termina la "superficie" y comienza el "interior"), [2] [4] y si los objetos realmente tienen una 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 seres 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, los componentes electrónicos y otras estructuras internas, pero el objeto se reconoce como un automóvil porque la superficie lo identifica como tal. [6] Conceptualmente, la "superficie" de un objeto puede definirse como la capa superior de átomos. [7] Muchos objetos y organismos tienen una superficie que es de algún modo 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, lo que en última instancia deja una superficie diferente con una textura y apariencia diferentes, identificables como una manzana pelada. Quitar la superficie exterior de un dispositivo electrónico puede hacer que su propósito sea irreconocible. Por el contrario, si se elimina la capa más externa de una roca o la capa superior de líquido contenida en un vaso, quedaría una sustancia o material con la misma composición, sólo ligeramente reducida 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 este, puede ser curva ; 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 los planos y esferas en el espacio 3-euclidiano . La definición exacta de una superficie puede depender del contexto. Por lo general, 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 móvil sobre una superficie puede moverse en dos direcciones (tiene dos grados de libertad ). En otras palabras, alrededor de casi cada punto, hay un parche de coordenadas en el que se define un sistema de coordenadas bidimensional . Por ejemplo, la superficie de la Tierra se asemeja (idealmente) a una esfera, y la latitud y la longitud proporcionan coordenadas bidimensionales en ella (excepto en los polos y a lo largo del meridiano 180 ).El concepto de superficie en las ciencias físicas abarca las estructuras y dinámicas de las superficies y lo que ocurre en ellas. Este campo es la base de muchas disciplinas prácticas, como la física de semiconductores y la nanotecnología aplicada, pero también es de interés fundamental.
Las mediciones de dispersión de neutrones y rayos X de sincrotrón se utilizan para proporcionar datos experimentales sobre la estructura y el movimiento de adsorbatos moleculares adsorbidos en superficies. El objetivo de estos métodos es proporcionar los datos necesarios para comparar los últimos avances en el modelado de sistemas de superficie, sus estructuras electrónicas y físicas y la energía y la fricción asociadas con el movimiento de la superficie.
Los proyectos actuales se centran en la adsorción superficial de hidrocarburos poliaromáticos (HAP), una clase de moléculas clave para el refinamiento del modelado de fuerzas dispersivas a través de enfoques como la teoría funcional de la densidad, y se basan en nuestro trabajo complementario aplicando la dispersión de átomos de helio y la microscopía de efecto túnel de barrido a pequeñas moléculas con funcionalidad aromática. [10]
Muchas superficies consideradas en física y química ( ciencias físicas en general) son interfases . 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 pelota). En dinámica de fluidos , la forma de una superficie libre puede definirse por la tensión superficial . Sin embargo, son superficies solo a escala macroscópica . A escala microscópica , pueden tener cierto espesor. A escala atómica , no se ven en absoluto como una superficie, debido a los agujeros formados por espacios entre átomos o moléculas . [11]
Otras superficies que se consideran en física son los frentes de onda . Uno de ellos, descubierto por Fresnel , es llamado superficie de onda por los matemáticos.
La superficie del reflector de un telescopio es un paraboloide de revolución .
Otras ocurrencias:
Uno de los principales desafíos en los gráficos por computadora es crear simulaciones realistas de superficies. En aplicaciones técnicas de gráficos por computadora en 3D ( CAx ), como el diseño asistido por computadora y la fabricación asistida por computadora , las superficies son una forma de representar objetos. Las otras formas son los wireframes (líneas y curvas) y los sólidos. Las nubes de puntos también se utilizan a veces como formas temporales de representar un objeto, con el objetivo de usar los puntos para crear una o más de las tres representaciones permanentes.
Una técnica utilizada para mejorar el realismo de las superficies en gráficos de computadora es el uso de algoritmos de renderizado basado en la 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 los materiales del mundo real. PBR ha encontrado aplicaciones prácticas más allá del entretenimiento, extendiendo su impacto al diseño arquitectónico , la creación de prototipos de productos y las simulaciones científicas.