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Sistema diédrico
Problema
2024 · Ordinaria · Titular
Problema 1
Examen
BLOQUE I
PROBLEMA 1: SISTEMA DIÉDRICO

Dadas las proyecciones incompletas de la recta de punta R, del punto O y las trazas del plano P, se pide:

1. Representar las proyecciones de la esfera de centro O tangente a P. Se dibujarán las proyecciones del punto de tangencia T de la esfera con el plano.2. Determinar las trazas del plano Q paralelo a P, sabiendo que corta a la esfera y que la verdadera magnitud de la distancia entre los planos P y Q es 50 mm50 \text{ mm}.3. Trazar las proyecciones de la sección que origina Q en la esfera, así como su verdadera magnitud.4. Hallar las proyecciones de los puntos de intersección X e Y de R con la esfera, completando las proyecciones de R con la indicación de partes vistas y ocultas. Se supondrá que la esfera es opaca.5. Indicar la verdadera magnitud de la distancia entre R y T: ______ mm.
Imagen del ejercicio
Sistema diédricoEsferaTangencia+1
1. Representar las proyecciones de la esfera de centro O tangente a P. Se dibujarán las proyecciones del punto de tangencia T de la esfera con el plano.

La esfera tiene su centro en O y es tangente al plano P. El radio (R) de la esfera es la verdadera magnitud de la distancia desde O hasta el plano P. El punto de tangencia T es el pie de la perpendicular desde O al plano P.Para determinar T y el radio R: a) Trazar una recta 's' que pase por O y sea perpendicular al plano P. Sus proyecciones ss' y ss serán, respectivamente, perpendiculares a las trazas PP' y PP del plano.

sP;s' \perp P';
sP.s \perp P.

b) Hallar el punto de intersección T de la recta 's' con el plano P. Para ello, se puede utilizar un plano auxiliar (α\alpha) que contenga a 's' (por ejemplo, un plano proyectante vertical). La intersección de α\alpha con P será una recta 'i'. El punto T será la intersección de 's' con 'i'.

T=si.T = s \cap i.

c) La verdadera magnitud del segmento OT es el radio R de la esfera. Para hallarla, se construye un triángulo rectángulo. Uno de los catetos es la distancia horizontal entre OO y TT (medida en P1P_1) y el otro cateto es la diferencia de cotas entre OO y TT. O bien, se toma la distancia vertical entre OO' y TT' (medida en P2P_2) como un cateto, y la diferencia de alejamientos como el otro cateto. La hipotenusa de este triángulo es el radio R.

R=d(O,T)verdadera magnitud.R = d(O, T)_{\text{verdadera magnitud}}.

d) La esfera se representa en ambas proyecciones como un círculo: en la proyección vertical con centro OO' y radio R, y en la proyección horizontal con centro OO y radio R.

2. Determinar las trazas del plano Q paralelo a P, sabiendo que corta a la esfera y que la verdadera magnitud de la distancia entre los planos P y Q es 50 mm50 \text{ mm}.

El plano Q es paralelo a P, por lo tanto, sus trazas son paralelas a las de P.

QP;Q' \parallel P';
QP.Q \parallel P.

La distancia entre P y Q es 50 mm50 \text{ mm}. Para que Q corte la esfera, la distancia desde el centro O de la esfera al plano Q (d(O,Q)d(O, Q)) debe ser menor que el radio R de la esfera. Dado que la distancia de O a P es R, el plano Q debe situarse entre O y P, de modo que la distancia d(O,Q)=R50 mmd(O, Q) = R - 50 \text{ mm}. a) En la recta 's' (perpendicular a P y que pasa por O, hallada en el apartado 1), localizamos un punto TQT_Q tal que la verdadera magnitud del segmento OTQ=R50 mmOT_Q = R - 50 \text{ mm}. Este punto TQT_Q será el centro de la sección circular que Q produce en la esfera. b) Por las proyecciones TQT_Q' y TQT_Q de este punto, trazamos las trazas del plano Q: QQ' paralela a PP' y QQ paralela a PP.

3. Trazar las proyecciones de la sección que origina Q en la esfera, así como su verdadera magnitud.

La sección que origina el plano Q en la esfera es un círculo. Su centro es el punto TQT_Q y su radio rSr_S se calcula por el teorema de Pitágoras, siendo R el radio de la esfera y d(O,Q)=R50 mmd(O, Q) = R - 50 \text{ mm} la distancia del centro de la esfera al plano Q.

rS=R2(R50)2.r_S = \sqrt{R^2 - (R - 50)^2}.

Las proyecciones de esta sección son elipses (ya que el plano Q no es horizontal ni frontal). a) Proyección horizontal: El centro de la elipse es TQT_Q. El eje mayor es paralelo a QQ (traza horizontal de Q) y su longitud es 2rS2r_S. El eje menor es perpendicular a QQ y su longitud es 2rScos(α)2r_S \cdot \cos(\alpha), donde α\alpha es el ángulo del plano Q con el plano horizontal de proyección. b) Proyección vertical: El centro de la elipse es TQT_Q'. El eje mayor es paralelo a QQ' (traza vertical de Q) y su longitud es 2rS2r_S. El eje menor es perpendicular a QQ' y su longitud es 2rScos(β)2r_S \cdot \cos(\beta), donde β\beta es el ángulo del plano Q con el plano vertical de proyección.La verdadera magnitud de la sección es un círculo de radio rSr_S.

4. Hallar las proyecciones de los puntos de intersección X e Y de R con la esfera, completando las proyecciones de R con la indicación de partes vistas y ocultas. Se supondrá que la esfera es opaca.

La recta R es una recta de punta, lo que significa que es perpendicular al plano vertical de proyección (P2P_2). Por lo tanto, su proyección vertical rr' es un punto, y su proyección horizontal rr es una línea perpendicular a la línea de tierra (LT). a) Las proyecciones verticales de los puntos de intersección X e Y (XX' e YY') coinciden con rr'. b) Para encontrar XX e YY (proyecciones horizontales): Una recta de punta tiene coordenadas (xR,y,zR)(x_R, y, z_R), donde xRx_R es la coordenada xx de la recta rr (constante) y zRz_R es la coordenada zz de la proyección rr' (constante). La ecuación de la esfera es (xxO)2+(yyO)2+(zzO)2=Resfera2(x-x_O)^2 + (y-y_O)^2 + (z-z_O)^2 = R^2_{esfera}. Sustituyendo las coordenadas de R, se obtiene una ecuación para 'y':

(xRxO)2+(yyO)2+(zRzO)2=Resfera2(x_R-x_O)^2 + (y-y_O)^2 + (z_R-z_O)^2 = R^2_{esfera}
(yyO)2=Resfera2[(xRxO)2+(zRzO)2](y-y_O)^2 = R^2_{esfera} - [(x_R-x_O)^2 + (z_R-z_O)^2]

El término entre corchetes [(xRxO)2+(zRzO)2][(x_R-x_O)^2 + (z_R-z_O)^2] representa el cuadrado de la distancia d(O,r)d(O', r') entre la proyección vertical del centro de la esfera OO' y la proyección vertical de la recta rr'.Sea dint=Resfera2d(O,r)2d_{int} = \sqrt{R^2_{esfera} - d(O', r')^2}. Este valor es la mitad de la cuerda que la esfera corta a la recta R en la vista de perfil.Gráficamente, en la proyección horizontal (plano P1P_1):1. Medir la distancia d(O,r)d(O', r').2. Construir un triángulo rectángulo con hipotenusa ResferaR_{esfera} y un cateto d(O,r)d(O', r'). El otro cateto será la magnitud dintd_{int}.3. En la proyección horizontal, la recta rr tiene una coordenada xRx_R. El centro OO tiene una coordenada yOy_O. Se localiza el punto sobre la recta rr que tiene el mismo alejamiento que OO (es decir, el mismo valor de yy que OO). Desde este punto sobre la recta rr, medir dintd_{int} en ambas direcciones a lo largo de rr. Estos puntos son XX e YY. c) Visibilidad: Dado que la esfera es opaca, la parte de la recta rr que se encuentra entre los puntos de intersección XX e YY será oculta y se representará con línea discontinua. Las partes de rr fuera de XX e YY serán visibles y se representarán con línea continua. La proyección rr' es un punto, por lo que toda la recta se ve como ese punto en la proyección vertical.

5. Indicar la verdadera magnitud de la distancia entre R y T: ______ mm.

La distancia entre el punto T y la recta R (una recta de punta) se puede determinar directamente en la proyección vertical. Debido a que la recta R es perpendicular al plano vertical de proyección, la distancia en verdadera magnitud entre R y T es simplemente la distancia entre sus proyecciones verticales rr' y TT'.

d(R,T)verdadera magnitud=d(r,T).d(R, T)_{\text{verdadera magnitud}} = d(r', T').

Esta distancia se debe medir directamente en el dibujo adjunto.