Sólidos platónicos

Los sólidos platónicos, regulares o perfectos son poliedros convexos tal que todas sus caras son polígonos regulares iguales entre sí, y en que todos los ángulos sólidos son iguales.^[1]​ Reciben este nombre en honor al filósofo griego Platón (ca. 427 a. C./428 a. C.-347 a. C.), a quien se atribuye haberlos estudiado en primera instancia. También se conocen como cuerpos, cuerpos cósmicos, sólidos pitagóricos, sólidos perfectos, poliedros de Platón o, sobre la base de propiedades geométricas, poliedros regulares convexos.

Los cinco sólidos platónicos

Se le atribuye la formulación de la teoría general de los poliedros regulares a Teeteto, matemático contemporáneo de Platón. ^[2]​ Están gobernados por la fórmula V+C = A+2, donde V es el número de vértices; C, número de caras y A, número de aristas, que fue descubierta por el matemático Leonhard Euler. ^[3]​

Los sólidos platónicos son el tetraedro, el cubo (o hexaedro regular), el octaedro (o bipirámide cuadrada si se incluyera en la nomenclatura de sólidos de Johnson),^[4]​ el dodecaedro y el icosaedro (o bipirámide pentagonal giroelongada si se incluyera en la nomenclatura de sólidos de Johnson). Esta lista es exhaustiva, ya que es imposible construir otro sólido diferente de los cinco anteriores que cumpla todas las propiedades exigidas, es decir, convexidad y regularidad.

Historia

Se desconoce con exactitud desde cuándo eran conocidas las propiedades de estos poliedros; hay referencias a unas bolas neolíticas (fechadas hacia 2000 a. C.) de piedra labrada encontradas en Escocia.^[5]​

Los antiguos griegos estudiaron los sólidos platónicos a fondo, y fuentes (como Proclo) atribuyen a Pitágoras su descubrimiento. Otra evidencia sugiere que solo estaba familiarizado con el tetraedro, el cubo y el dodecaedro, y que el descubrimiento del octaedro y el icosaedro pertenecen a Teeteto, un matemático griego contemporáneo de Platón. En cualquier caso, Teeteto dio la descripción matemática de los cinco poliedros y es posible que fuera el responsable de la primera demostración de que no existen otros poliedros regulares convexos.

Timeo de Locri, en el diálogo de Platón, asocia al fuego con el tetraedro; al aire, con el octaedro; al agua, con el icosaedro; a la tierra, con el cubo; e indica que como aún es posible una quinta forma (que sería el dodecaedro), Dios ha utilizado esta para el universo.^[6]​ Una descripción detallada de los sólidos platónicos figura en Los elementos, de Euclides.

El nombre del cubo en árabe, Kaaba, nombra un santuario sumamente venerado en el islam.^[7]​

Propiedades

Teorema

Existen únicamente cinco poliedros regulares; ello debido a la posibilidad de construcción de sus ángulos sólidos que admiten triángulos equiláteros, o cuadrados, o bien pentágonos, que deben ser menor de 360°.^[8]​

Regularidad

Tal y como se ha expresado para definir estos poliedros:

• Las caras de un sólido platónico son polígonos regulares iguales.
• En todos los vértices de un sólido platónico concurren el mismo número de caras y de aristas.
• Todas las aristas de un sólido platónico tienen la misma longitud.
• Todos los ángulos diedros que forman las caras de un sólido platónico entre sí son iguales.
• Todos sus vértices son convexos a los del icosaedro.

Simetría

Los sólidos platónicos tienen caracterizaciones simétricas:

• El centro de un cubo (de un hexaedro regular) es centro de simetría de dicha figura, devuelve la misma figura; pero no lo es, el centro de un tetraedro regular.^[9]​ Todos ellos gozan respecto a un punto del espacio (centro de simetría) que equidista de sus caras, de sus vértices y de sus aristas, pero no se conserva la figura original.
• Todos ellos tienen además simetría axial respecto a una serie de ejes de simetría que pasan por el centro de simetría anterior.
• Todos ellos tienen también simetría especular respecto a una serie de planos de simetría (o planos principales), que los dividen en dos partes iguales.

Como consecuencia geométrica de lo anterior, se pueden trazar en todo sólido platónico tres esferas particulares, todas ellas centradas en el centro de simetría del poliedro:

• Una esfera inscrita, tangente a todas sus caras en su centro.
• Una segunda esfera tangente a todas las aristas en su centro.
• Una esfera circunscrita, que pase por todos los vértices del poliedro.

Proyectando los centros de las aristas de un poliedro platónico sobre su esfera circunscrita desde el centro de simetría del poliedro se obtiene una red esférica regular, compuesta por arcos iguales de círculo máximo, que constituyen polígonos esféricos regulares.

Conjugación

Artículo principal: Poliedro dual

Si se traza un poliedro empleando como vértices los centros de las caras de un sólido platónico se obtiene otro sólido platónico, llamado conjugado o dual del primero, con tantos vértices como caras tenía el sólido inicial, y el mismo número de aristas. El poliedro conjugado de un dodecaedro es un icosaedro, y viceversa; el de un cubo es un octaedro; y poliedro conjugado de un tetraedro es otro tetraedro.

Ecuación intrisetica

El teorema de Euler para poliedros expresa una cualidad topológica de los poliedros convexos, al margen de sus medidas y formas, y de modo especial de los poliedros regulares.^[10]​ Enuncia que el número de caras de un poliedro platónico más el número de sus vértices es igual al número de sus aristas más dos, mediante la siguiente ecuación:

${\displaystyle c+v=a+2}$

Tabla comparativa

Sólidos Platónicos	Tetraedro	Hexaedro o Cubo	Octaedro	Dodecaedro	Icosaedro
Animación
Desarrollo
Número de caras	4	6	8	12	20
Polígonos que forman las caras	Triángulos Equiláteros	Cuadrados	Triángulos Equiláteros	Pentágonos Regulares	Triángulos Equiláteros
Número de aristas	6	12	12	30	30
Número de vértices	4	8	6	20	12
Caras concurrentes en cada vértice	3	3	4	3	5
Vértices contenidos en cada cara	3	4	3	5	3
Grupo de simetría	Tetraédrico (Td)	Hexaédrico (Hh)	Octaédrico (Oh)	Icosaédrico (Lh)	Icosaédrico (Lh)
Poliedro dual	Tetraedro (autoconjugado)	Hexaedro, Cubo	Octaedro	Dodecaedro	Icosaedro
Símbolo de Schläfli	{3,3}	{4,3}	{3,4}	{5,3}	{3,5}
Símbolo de Wythoff	3 | 2 3	3 | 2 4	4 | 2 3	3 | 2 5	5 | 2 3
Ángulo diedro	70.53° = arccos(1/3)	90°	109.47° = arccos(-1/3)	116.56°	138.189685°
Radio externo	${\displaystyle R={\frac {\sqrt {6}}{4}}\cdot a}$	${\displaystyle R={\frac {\sqrt {3}}{2}}\cdot a}$	${\displaystyle R={\frac {\sqrt {2}}{2}}\cdot a}$	${\displaystyle R={\frac {a}{4}}({\sqrt {3}}+{\sqrt {15}})}$	${\displaystyle R={\frac {a}{4}}{\sqrt {10+2{\sqrt {5}}}}}$
${\displaystyle \approx }$	${\displaystyle 0.612\cdot a}$	${\displaystyle 0.866\cdot a}$	${\displaystyle 0.707\cdot a}$	${\displaystyle 1.401\cdot a}$	${\displaystyle 0.951\cdot a}$
Radio interno	${\displaystyle r={\frac {\sqrt {6}}{12}}\cdot a}$	${\displaystyle r={\frac {a}{2}}}$	${\displaystyle r={\frac {\sqrt {6}}{6}}\cdot a}$	${\displaystyle r={\frac {a}{20}}{\sqrt {250+110{\sqrt {5}}}}}$	${\displaystyle r={\frac {a}{12}}(3{\sqrt {3}}+{\sqrt {15}})}$
${\displaystyle \approx }$	${\displaystyle 0.204\cdot a}$	${\displaystyle 0.5\cdot a}$	${\displaystyle 0.408\cdot a}$	${\displaystyle 1.113\cdot a}$	${\displaystyle 0.756\cdot a}$

Poliedros regulares en la naturaleza

En la naturaleza hay estructuras que son poliedros regulares casi perfectos, por ejemplo, la estructura básica del VIH es un icosaedro regular.^[11]​

Bibliografía

• Sutton, David (2005). Sólidos platónicos y arquimedianos. Oniro S. A. ISBN 84-9754-131-6.  |fechaacceso= requiere |url= (ayuda)
• QUINCE SALAS, Ricardo. Propiedades elementales de los poliedros regulares. Santander: [s.n.], 1974. 17 p. Comunicación presentada a las Reuniones sobre Geometría aplicada a la Arquitectura y a la Ingeniería Civil.
• QUINCE SALAS, Ricardo. Áreas y volúmenes de cuerpos geométricos. Teoría y ejercicios. Santander: Escuela Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, [s.a.]. 202 p.
• QUINCE SALAS, Ricardo. Áreas y volúmenes de cuerpos geométricos. Tomo 2: soluciones. Santander: Escuela Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, [s.a.]. 124 p.

Referencias

1. Bruño, G. M.: Elementos de Geometría.
2. Isaac Moisés Yaglom. La matemática real ISBN 978-5-396-00062-9, Distribuye Hayka libros desde Sevilla, España
3. Boyer Historia de la Matemática
4. * Norman Johnson, "Convex Solids with Regular Faces", Canadian Journal of Mathematics, 18, 1966, pp. 169-200. Enumeración original de los 92 sólidos, y conjetura sobre que no existen otros.
5. "[www.bdigital.unal.edu.co/4949/1/GloriaJudithFlórez.2011.pdf De los poliedros a los polígonos usando herramientas tecnológicas para potenciar el avance entre niveles de razonamiento geométrico]", Gloria Judith Flórez, Director: Humberto Sarria Zapata, Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Departamento de Ciencias Básicas, Bogotá D.C., 2011, página 9: "Con exactitud, no se sabe en qué momento llegaron a conocerse los poliedros en la antigüedad. Los arqueólogos han hallado unas bolas labradas en piedra en Escocia (2000 a. C.) con formas de cubo, dodecaedro, icosaedro, tetraedro y octaedro (figura 1), al igual se ha hallado en Pádova (Italia 500 a. C.), un dodecaedro etrusco que probablemente era usado como juguete o decoración (figura 2)[...]". Los sólidos regulares neolíticos se encuentran en Ashmolean Museum de Oxford y fueron datados como de un período ubicado 2.000 años antes de nuestra era.
6. Platón, Timeo 55a-56c.
7. «Gran Enciclopedia Espasa 13» ISBN 978-9972-58-780-1
8. Bruño: Ibídem
9. Clemens y otros: "Geometría" ISBN 0-201-64407-X
10. Tola P.: Introducción a la topología, en "La fórmula de Euler para los poliedros"
11. Factores del Huésped que afectan a la progresión de la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana de tipo 1 (VIH-1), Tesis Doctoral presentada para obtener el grado de Doctor en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Barcelona, diciembre de 2009, Anuska Llano Montero, pág. 13

Enlaces externos

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•   Datos: Q188745
•   Multimedia: Platonic solids