La
pianta di Milano, come quella di molte città di pianura,
ha una forma approssimativamente circolare: attorno a un nucleo
centrale sono evidenti i cerchi concentrici che testimoniano i successivi
accrescimenti della città nel corso dei secoli. Una possibile
interpretazione di questo fatto può ricercarsi nella proprietà
isoperimetrica del cerchio: fra tutte le figure piane aventi perimetro
dato, il cerchio ha l'area maggiore o, equivalentemente, tra tutte
le figure piane aventi un'area di valore assegnato è quella
di perimetro minore.
La forma circolare di una cinta muraria rende minima la parte esposta
a possibili aggressioni esterne, offrendo allo stesso tempo il maggior
spazio per lo sviluppo urbano.
Nel primo exhibit si può avere evidenza sperimentale
di questa proprietà: dando una forma arbitraria ad un nastro
flessibile e riempiendolo di palline, si osserva che esso tende
ad assumere una forma circolare.
Se,
invece di considerare tutte le figure piane, ci si limita a considerare
soltanto i rettangoli, qual è la soluzione del problema "area
massima a perimetro costante"? La risposta si può trovare
sperimentalmente con l'ausilio di alcune corde chiuse di lunghezza
fissata, che si possono tendere sulle maglie di una
scacchiera: è quanto viene proposto da un secondo tavolo
di esperimenti.
Una variante di questo problema prevede di costruire ancora un rettangolo
di area massima, utilizzando questa volta una cordicella aperta
e parte del bordo della
scacchiera. Se con uno specchio posto sul bordo si riflette
uno di questi rettangoli, si ottiene un rettangolo di area doppia
delimitato da una cordicella chiusa di lunghezza doppia. Questa
osservazione permette di interpretare le nuove soluzioni per mezzo
di quelle del problema precedente.
Nel terzo exhibit, utilizzando delle tessere
a forma di triangolo equilatero, si può provare a risolvere
la versione "simmetrica" delllo stesso problema: tra tutte
le figure che hanno una determinata area, qual è quella di
perimetro minore?
Se ci fosse assoluta libertà nella costruzione, la soluzione
sarebbe il cerchio, ma le forme costruibili accostando un certo
numero di tessere non possono essere circolari. Tuttavia le soluzioni
sembrano rispondere ad un ipotetico "principio della maggior
circolarità possibile".
Se
alle figure piane si sostituiscono oggetti tridimensionali, il problema
isoperimetrico può essere riformulato chiedendo quale sia
la figura tridimensionale che a parità di volume abbia la
minore superficie esterna, oppure quale sia la figura che a parità
di area esterna abbia il maggior volume. A suggerire che in questo
nuovo contesto la sfera gioca il ruolo ricoperto prima dal cerchio,
nella mostra è presente una delle famose sfere dello scultore
Arnaldo Pomodoro.
Si
ottengono figure dello stesso volume se accostiamo tra loro (faccia
contro faccia) otto
cubi della stessa grandezza. Quanto vale l'area della superficie
esterna del solido che volta a volta otteniamo? Quale composizione
dei cubi rende minima tale area?
Su un tavolo vengono messi a disposizione del visitatore alcuni
cubi che possono essere accostati ad incastro per ricostruire i
modelli tridimensionali di alcune composizioni raffigurate in un
poster. Analizzando i diversi casi possibili si può facilmente
dare risposta alle domande.
Qual è la rete stradale più breve che collega un certo
numero di città? Come si può costruire una rete telefonica
che sia la più breve possibile? Sono problemi che possono
rientrare nella formulazione unitaria: dati alcuni punti nel piano,
quali sono le reti di
lunghezza minima che li collegano? Già quando i punti
assegnati sono i vertici di un triangolo equilatero o di un quadrato,
la soluzione non è affatto immediata. Su un tavolo vengono
proposte alcune reti da misurare, confrontare e tra
le quali cercare la migliore.
Se
dal piano passiamo di nuovo allo spazio, si può riformulare
il problema precedente chiedendo quale sia la superficie di area
minima che ha come contorno una fissata curva dello spazio. Le lamine
di sapone, vincolate ad appositi telai metallici, tendono a
formare configurazioni di area minima, alcune delle quali sono illustrate
nei poster e in una composizione
dello scultore Michele Ciribifera.
A
completare le esperienze concrete suggerite in questa sezione, sulle
postazioni informatiche si trovano animazioni e applicazioni interattive
che, fra l'altro, mostrano alcune superfici minime (anche quelle
non realizzabili con le lamine di sapone) e la maniera in cui -
mantenendo costante il volume - il cubo si trasforma nella sfera.
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