Powierzchnia — Surface
Powierzchni , a określenie to najbardziej powszechnie używane, to zewnętrzna warstwa zewnętrzna lub fizycznego obiektu lub obszaru. Jest to część lub obszar obiektu, który najpierw może zostać dostrzeżony przez obserwatora za pomocą zmysłów wzroku i dotyku , i jest to część, z którą inne materiały najpierw wchodzą w interakcję. Powierzchnia przedmiotu jest czymś więcej niż „zwykłą geometryczną bryłą”, ale jest „wypełniona, rozciągnięta lub nasycona dostrzegalnymi cechami, takimi jak kolor i ciepło”.
Pojęcie powierzchni zostało wyabstrahowane i sformalizowane w matematyce , szczególnie w geometrii . W zależności od warunków, na którym kładzie się nacisk, istnieje kilka non równoważne takie formalizacji, które wszystkie są nazywane powierzchnię , czasami z pewnym kwalifikacjach, takich jak algebraiczny powierzchni , gładkiej powierzchni i fraktali powierzchni .
Pojęcie powierzchni i jej matematyczna abstrakcja są szeroko stosowane w fizyce , inżynierii , grafice komputerowej i wielu innych dyscyplinach, przede wszystkim w przedstawianiu powierzchni obiektów fizycznych. Na przykład, analizując właściwości aerodynamiczne samolotu , głównym czynnikiem jest przepływ powietrza wzdłuż jego powierzchni. Koncepcja ta rodzi również pewne pytania filozoficzne – na przykład, jak gruba jest warstwa atomów lub cząsteczek, które można uznać za część powierzchni obiektu (tj. gdzie kończy się „powierzchnia”, a zaczyna „wnętrze”) oraz czy obiekty naprawdę mają powierzchnię, jeśli na poziomie subatomowym nigdy nie stykają się z innymi obiektami.
Postrzeganie powierzchni
Powierzchnia przedmiotu to ta część przedmiotu, która jest przede wszystkim postrzegana. Ludzie utożsamiają widzenie powierzchni przedmiotu z widzeniem przedmiotu. Na przykład, patrząc na samochód, zwykle nie można zobaczyć silnika, elektroniki i innych struktur wewnętrznych, ale obiekt nadal jest rozpoznawany jako samochód, ponieważ identyfikuje go powierzchnia. Koncepcyjnie „powierzchnię” obiektu można zdefiniować jako najwyższą warstwę atomów. Wiele przedmiotów i organizmów ma powierzchnię, która w pewien sposób różni się od ich wnętrza. Na przykład skórka jabłka ma zupełnie inne właściwości niż wnętrze jabłka, a zewnętrzna powierzchnia radia może mieć bardzo różne elementy niż wnętrze. Obieranie jabłka polega na usunięciu powierzchni, ostatecznie pozostawiając inną powierzchnię o odmiennej teksturze i wyglądzie, identyfikowaną jako obrane jabłko. Usunięcie zewnętrznej powierzchni urządzenia elektronicznego może spowodować nierozpoznawalność jego przeznaczenia. Natomiast usunięcie najbardziej zewnętrznej warstwy skały lub najwyższej warstwy cieczy zawartej w szkle pozostawiłoby substancję lub materiał o tym samym składzie, tylko nieznacznie zmniejszoną w objętości.
W matematyce
W matematyce , A powierzchnia jest, ogólnie rzecz biorąc, przedmiot podobny do płaszczyzny ale nie musi być płaska. Zatem powierzchnia jest uogólnieniem płaszczyzny, w tym krzywizna niekoniecznie jest zerowa. Jest to analogiczne do krzywej uogólniającej (prostą) linię .
Istnieje kilka bardziej precyzyjnych definicji, w zależności od kontekstu i narzędzi matematycznych używanych do badania. Najprostszymi powierzchniami matematycznymi są płaszczyzny i sfery w 3-przestrzeni euklidesowej . Dokładna definicja powierzchni może zależeć od kontekstu. Zazwyczaj w geometrii algebraicznej powierzchnia może się przecinać (i może mieć inne osobliwości ), podczas gdy w topologii i geometrii różniczkowej może nie.
Powierzchnia to przestrzeń dwuwymiarowa ; oznacza to, że poruszający się punkt na powierzchni może poruszać się w dwóch kierunkach (ma dwa stopnie swobody ). Innymi słowy, wokół prawie każdego punktu znajduje się łatka współrzędnych, na której zdefiniowany jest dwuwymiarowy układ współrzędnych . Na przykład powierzchnia Ziemi przypomina (idealnie) dwuwymiarową kulę , a szerokość i długość geograficzna zapewniają na niej dwuwymiarowe współrzędne (z wyjątkiem biegunów i wzdłuż 180 południka ).
W naukach fizycznych
Wiele powierzchni rozważanych w fizyce i chemii ( ogólnie w naukach fizycznych ) to interfejsy . Na przykład powierzchnia może być wyidealizowaną granicą między dwoma płynami (powierzchnia morza) lub wyidealizowaną granicą ciała stałego (powierzchnia kuli). W dynamice płynów kształt powierzchni może być określony napięciem powierzchniowym . Są to jednak powierzchnie tylko w skali makroskopowej . W skali mikroskopowej mogą mieć pewną grubość. W skali atomowej wcale nie wyglądają jak powierzchnia, z powodu dziur utworzonych przez przestrzenie między atomami lub cząsteczkami .
Inne powierzchnie brane pod uwagę w fizyce to fronty falowe . Jedna z nich, odkryta przez Fresnela , nazywana jest przez matematyków powierzchnią fali .
Powierzchnia reflektora teleskopu to paraboloida rewolucji .
Inne zdarzenia:
- Bańki mydlane , które są fizycznymi przykładami minimalnych powierzchni
- Powierzchnia ekwipotencjalna np. w polach grawitacyjnych
- powierzchnia ziemi
- Nauka o powierzchni , badanie zjawisk fizycznych i chemicznych zachodzących na styku dwóch faz
- Metrologia powierzchni
- Fala powierzchniowa, fala mechaniczna
- Granice atmosferyczne ( tropopauza , krawędź przestrzeni , plazmapauza itp.)
W grafice komputerowej
Jednym z głównych wyzwań w grafice komputerowej jest tworzenie realistycznych symulacji powierzchni. W zastosowaniach technicznych grafiki komputerowej 3D ( CAx ), takich jak komputerowego wspomagania projektowania i wytwarzania wspomaganego komputerowo , powierzchnie są jednym ze sposobów przedstawiania przedmiotów. Inne sposoby to model szkieletowy (linie i krzywe) oraz bryły. Chmury punktów są również czasami używane jako tymczasowe sposoby reprezentowania obiektu w celu wykorzystania punktów do utworzenia jednej lub więcej z trzech stałych reprezentacji.