Поверхность - Surface
Поверхность , как этот термин используется в наиболее общем, это самый внешний или верхний слой физического объекта или пространства. 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».
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 определителями, 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, насколько толстый слой атомов или молекул может считаться частью поверхности объекта (т. Е. Где заканчивается «поверхность» и начинается «внутренность») и действительно ли объекты вообще имеют поверхность, если на субатомном уровне они никогда не соприкасаются с другими объектами.
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. Концептуально «поверхность» объекта можно определить как самый верхний слой атомов. Многие объекты и организмы имеют поверхность, которая чем-то отличается от их внутренней части. Например, кожура яблока очень отличается по качеству от внутренней части яблока, 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 неузнаваемым. Напротив, удаление самого внешнего слоя камня 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 (в физических науках 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.