Поверхность , как этот термин используется в наиболее общем, это самый внешний или верхний слой физического объекта или пространства. [1] [2] Это часть или область объекта, которая сначала может быть воспринята наблюдателем с помощью органов зрения и осязания , и это часть, с которой вначале взаимодействуют другие материалы. Поверхность объекта - это больше, чем «простое геометрическое твердое тело», но она «заполнена, растянута или пропитана воспринимаемыми качествами, такими как цвет и тепло». [3]
Понятие поверхности было абстрагировано и формализовано в математике , в частности в геометрии . В зависимости от свойств, на которых делается акцент, существует несколько неэквивалентных таких формализаций, которые все называются поверхностями , иногда с некоторыми квалификаторами, такими как алгебраическая поверхность , гладкая поверхность или фрактальная поверхность .
Концепция поверхности и ее математическая абстракция широко используются в физике , инженерии , компьютерной графике и многих других дисциплинах, в первую очередь для представления поверхностей физических объектов. Например, при анализе аэродинамических свойств самолета центральным моментом является поток воздуха вдоль его поверхности. Эта концепция также поднимает определенные философские вопросы - например, какой толщины слой атомов или молекул, который можно рассматривать как часть поверхности объекта (т.е. где заканчивается «поверхность» и начинается «внутренность»), [ 2] [4] и действительно ли объекты вообще имеют поверхность, если на субатомном уровне они никогда не соприкасаются с другими объектами. [5]
Восприятие поверхностей
Поверхность объекта - это та часть объекта, которая воспринимается в первую очередь. Люди приравнивают видение поверхности объекта к восприятию объекта. Например, глядя на автомобиль, обычно невозможно увидеть двигатель, электронику и другие внутренние структуры, но объект по-прежнему распознается как автомобиль, потому что поверхность идентифицирует его как единое целое. [6] Концептуально «поверхность» объекта можно определить как самый верхний слой атомов. [7] Многие объекты и организмы имеют поверхность, которая чем-то отличается от их внутренней части. Например, кожура яблока имеет очень разные качества от внутренней части яблока [8], а внешняя поверхность радиоприемника может иметь очень разные компоненты от внутренней. Очистка яблока представляет собой удаление поверхности, в результате чего остается другая поверхность с другой текстурой и внешним видом, идентифицируемая как очищенное яблоко. Удаление внешней поверхности электронного устройства может сделать его назначение неузнаваемым. Напротив, удаление самого внешнего слоя породы или самого верхнего слоя жидкости, содержащейся в стакане, оставило бы вещество или материал с тем же составом, только немного уменьшенным в объеме.
По математике
В математике , A поверхность , вообще говоря, объект , похожий на плоскости , но это не должно быть плоским. Таким образом, поверхность является обобщением плоскости в том смысле, что кривизна не обязательно равна нулю. Это аналогично кривой, обобщающей (прямую) линию .
Есть несколько более точных определений, в зависимости от контекста и математических инструментов, которые используются для исследования. Простейшие математические поверхности - это плоскости и сферы в трехмерном евклидовом пространстве . Точное определение поверхности может зависеть от контекста. Обычно в алгебраической геометрии поверхность может пересекаться (и может иметь другие особенности ), а в топологии и дифференциальной геометрии - нет.
Поверхность - это двумерное пространство ; это означает, что движущаяся точка на поверхности может двигаться в двух направлениях (у нее две степени свободы ). Другими словами, почти вокруг каждой точки есть участок координат, на котором задана двумерная система координат . Например, поверхность Земли напоминает (в идеале) двумерную сферу , а широта и долгота обеспечивают на ней двумерные координаты (кроме полюсов и 180-го меридиана ).
В физических науках
Многие поверхности, рассматриваемые в физике и химии ( физике в целом), являются интерфейсами . Например, поверхность может быть идеализированной границей между двумя жидкостями (поверхность моря) или идеализированной границей твердого тела (поверхность шара). В гидродинамике форма поверхности может определяться поверхностным натяжением . Однако это поверхности только в макроскопическом масштабе . В микроскопическом масштабе они могут иметь некоторую толщину. В атомном масштабе они вообще не выглядят как поверхность из-за дыр, образованных промежутками между атомами или молекулами .
Другие поверхности, рассматриваемые в физике, являются волновыми фронтами . Один из них, открытый Френелем , математики называют волновой поверхностью .
Поверхность рефлектора телескопа представляет собой параболоид вращения .
Другие случаи:
- Мыльные пузыри - физические примеры минимальных поверхностей.
- Эквипотенциальная поверхность , например, в гравитационных полях.
- поверхность Земли
- Наука о поверхности , изучение физических и химических явлений, которые происходят на границе двух фаз.
- Метрология поверхности
- Поверхностная волна , механическая волна
- Границы атмосферы ( тропопауза , край космоса , плазмопауза и др.)
В компьютерной графике
Одна из основных задач компьютерной графики - создание реалистичных имитаций поверхностей. В технических приложениях трехмерной компьютерной графики ( CAx ), таких как автоматизированное проектирование и автоматизированное производство , поверхности являются одним из способов представления объектов. Другие способы - каркасные (линии и кривые) и твердые тела. Облака точек также иногда используются как временные способы представления объекта с целью использования точек для создания одного или нескольких из трех постоянных представлений.
Рекомендации
- ^ Спарк, Пенни и Фишер, Фиона (2016). Компаньон Routledge по исследованиям дизайна . Нью-Йорк: Рутледж . п. 124. ISBN 9781317203285. OCLC 952155029 .
- ^ а б Соренсен, Рой (2011). Видение темных вещей: философия теней . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . п. 45. ISBN 9780199797134. OCLC 955163137 .
- ^ Бучваров, Панайот (1970). Понятие знания . Эванстон: издательство Северо-Западного университета . п. 249 . ISBN 9780810103191. OCLC 925168650 .
- ^ Прогулка, Аврум (1988). Поверхности . Миннеаполис: Университет Миннесоты Press . п. 205 . ISBN 9780816616947. OCLC 925290683 .
- ^ Плеша, Михаил; Грей, Гэри и Костанцо, Франческо (2012). Инженерная механика: статика и динамика (2-е изд.). Нью-Йорк: Высшее образование Макгроу-Хилла . п. 8. ISBN 9780073380315. OCLC 801035627 .
- ^ Butchvarov (1970) , стр. 253.
- ^ Прогулочная (1988) , стр. 54.
- ^ Прогулочная (1988) , стр. 81.