7/22/2019 95426760 Solucion Problema de Hansen

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RESOLUCIN DEL PROBLEMA DE HANSEN POR UNPROCEDIMIENTO GRFICO

MARTN PASTOR, AndrsUniversidad de Sevilla, Espaa

EUITA, Departamento de Ingeniera Grficaarchiamp@us.es

RESUMEN

Utilizando un procedimiento puramente grfico y con el apoyo de un programa de CAD, sepropone una solucin novedosa y precisa al problema conocido comoproblema de Hansen.

La solucin al problema de Hansen, se puede encontrar de forma analtica en numerosabibliografa, sin embargo la resolucin grfica no es frecuente, estando sta basada en labsqueda indirecta de una figura equivalente a la solucin real a partir de un lado fingido,

siendo ste el otro nombre con el que se conoce al problema:problema del lado fingido.

La solucin al problema que se propone en esta comunicacin se obtiene de forma directa apartir nicamente de datos reales y utiliza para su resolucin la geometra del tringulo y elcrculo.

Gracias a los programas de CAD, los trazados a escuadra y comps (la geometra deltringulo y del crculo) resurgen de forma paradjica en nuestro tiempo, no slo como potentesherramientas de precisin, sino como coherentes sistemas metodolgicos.

Palabras clave: Topografa, geometra, mtodos grficos, mtodo de intersecciones.

Grupo temtico: Topografa.

mailto:archiamp@us.esmailto:archiamp@us.es

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1. Introduccin

La inmersin de las aplicaciones informticas y los programas de Diseo Asistido porOrdenador (CAD) en el mbito de la Topografa, hace que nos replanteemos la eficacia, desdeel punto de vista operativo y tambin didctico, de las resoluciones grficas a ciertos problemastopogrficos.

Las resoluciones grficas, tan denostadas en la bibliografa tradicional, por carecer de lasuficiente precisin1, han sido sustituidas una tras otra, por las resoluciones analticas paralelasde planteamiento matemtico.

Esta falta de confianza en los instrumentos de trazado, ha favorecido una tendencia histrica deconcebir cualquier problema geomtrico como un problema numrico, llegando incluso aprescindir del problema geomtrico como un asunto relacionado con un planteamiento grficoprimitivo. La maquinaria matemtica se ha encargado de dotar de la suficiente precisin a laimprecisa maquinaria del instrumental grfico.

Nos hemos visto obligados a pensar de forma paralela, a veces olvidando u obviando otrosrazonamientos geomtricos implcitos en los ejercicios.

Sin embargo, la concepcin abstracta del problema geomtrico como problema numrico, hasido uno de los pilares del progreso. La numerizacin del conocimiento humano, iniciada yapor los pitagricos, es hoy una realidad consagrada en todas las disciplinas tcnicas. Quocurre con la geometra que se dibuja o con las disciplinas que en ellas se apoya? La traduccinen forma de ecuaciones matemticas de los trazados grficos primigenios, han dotado muchasveces de lenguajes paralelos a planteamientos y resoluciones geomtricas.

Pero hoy en da nos situamos ante un nuevo panorama. Aquellos instrumentos deficitarios se

han sustituido por otros, que tienen hoy una precisin inconmensurable: hablamos de lossistemas de CAD. Esta aportacin instrumental revaloriza los estudios grficos de problemasgeomtricos, aportando una maquinaria de clculo igual de vlida que la numrica.

Podemos hacer una divisin, una raz cuadrada, una interseccin directa o inversa, la seccin deun poliedro con un plano, etc., utilizando procedimientos grficos, con la misma precisin quepor procedimientos analticos2.

El hecho de que ya no se explique en muchas carreras tcnicas la forma de resolver una razcuadrada de forma grfica es bastante esclarecedor. Estamos empezando a olvidar parte delpensamiento grfico heredado?

Gracias a nuestros nuevos instrumentos de expresin grfica, los trazados a escuadra ycomps (la geometra del tringulo y del crculo) resurgen, de forma paradjica en nuestrotiempo, no slo como potentes herramientas de precisin, sino como coherentes sistemasmetodolgicos.3

Desde el punto de vista didctico, la resolucin grfico-geomtrica de algunos problemassubyacentes en la topografa, ayuda a comprender los fundamentos geomtricos, la lgicageomtrico-deductiva en el alumno, y recupera del olvido construcciones bsicas de lageometra plana, que pensamos deben estar vigentes en la educacin tcnica universitaria.

Un ejemplo de todo esto podramos verlo en la resolucin grafica del problema de Hansen,resolucin grfica que casi ninguna bibliografa consultada aborda de forma directa4.

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2. Desarrollo del trabajo.

2.1 Planteamiento clsico.

El problema de Hansen es un problema de interseccin inversa, mediante el cual podemos hallarlas coordenadas de los puntos P1 y P2, realizando desde ellos lecturas angulares a dos puntosinaccesibles de coordenadas conocidas A y B.

Los nicos datos de partida soncuatro lecturas angulares: a1, b1,

a2, b2 y las coordenadas de lospuntos A y B.

La solucin del problema consiste en determinar una figura semejante a la formada por loscuatro puntos, partiendo de un valor arbitrario que se le da a la base auxiliar P1P2, de este valorse deduce uno para el lado AB y como conocemos el valor real de ste, determinado por lascoordenadas de sus extremos, podemos establecer la relacin de semejanza de ambas figuras.Una vez conocida la relacin de semejanza, determinamos los verdaderos valores de AP y BP, ypor radiacin desde A y B se determinan las coordenadas de P5

Resolucin analtica clsica6:

Partiremos de un valor arbitrario del segmento P1P2, por ejemplo la unidad, calculando a partirde l una figura semejante a la del terreno.

Del tringulo (A-P1-P2) haciendo P1P2= 1 deducimos:AP1 = [sen 2]/[sen (1+2)]

AP2 = [sen 1]/[sen (1+2)]

De la misma manera del tringulo (B-P1-P2) se obtiene:

BP1 = [sen 2]/[sen (1+2)]

BP2 = [sen 1]/[sen (1+2)]

En los tringulos (P1-A-B) y (P2-A-B) acabamos de calcular dos lados en cada uno de ellos y sies conocido el ngulo comprendido podremos obtener, por tanto, los ngulos que buscamos porlas frmulas:

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Tg1/2(1-2) = Tg1/2(1+2) *[(BP1)-(AP1)]/(BP1)+(AP1)]

Tg1/2(1-2) = Tg1/2(1+2) *[(BP1)-(AP1)]/(BP1)+(AP1)]

En los segundos miembros se verifica:

(1+2)1/2= 100g (1-1)/2 = M1

(1+2)1/2= 100g (2-2)/2 = M2

Sustituyendo estos valores en las expresiones deducimos:

(1-2)1/2=N1

(1-2)1/2=N2

Obteniendo en definitiva:

1 = M1+N1 2 = M2+N2

1 = M1-N1 2 = M2-N2

Los ngulos son iguales a la figura semejante que hemos calculado. Podremos obtener ahora lascoordenadas del punto P1 y P2 tomando AB por base.

Esta manera de abordar el problema, partiendo de una figura semejante, tiene el mismo

fundamento que la nica solucin grfica encontrada hasta la fecha, estando sta basada en labsqueda indirecta de una figura equivalente a la solucin real a partir de un lado fingido,siendo ste el otro nombre con el que se conoce al problema:problema del lado fingido.7

Creo interesante sealar estas concomitancias en cuestiones procedimentales, que derivan deuna manera preestablecida de enfocar el planteamiento del ejercicio.

Nuestra propuesta de solucin grfica no ha sufrido esa influencia, y ha buscado otrasrelaciones geomtricas. Se ha pretendido abordar el problema geomtrico sin partir de un valorarbitrario inicial en una de las bases.

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2.2. Solucin grfica propuesta

Planteamiento del ejercicio:

Dado una base definida por dos puntos A y B,de coordenadas conocidas, hallar lascoordenadas de los puntos P1 y P2, conocidoslos ngulos entre las alineaciones y lasituacin relativa de los puntos entre s.

1 : A-P1-B1 : B-P1-P22 : P1-P2-A2 : A-P2-B

Representamos los puntos A y B en un programa de CAD segn sus coordenadas conocidas.

Si conocemos el ngulo 1 entre alineaciones A-P1-B, podemos hallar el lugar geomtrico delos puntos desde los cuales se cumple esa condicin. Para ello realizamos el arco capaz de 1para los extremos del segmento AB.

Igualmente calculamos el arco capaz de 2 para AB.

El punto P1 debe estar situado en el arco capaz de centro 01. Slo desde alguno de sus puntos

podremos abarcar exactamente un ngulo 1 entre los extremos de la base A-B.

Del mismo, modo P2 debe estar en algn punto del arco capaz de centro 02.

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Aplicamos la relacin de ngulo doble existente ente el ngulo comprendido desde un punto delarco capaz para un segmento dado y el ngulo comprendido desde el centro del propio arco.

Sabemos, por la situacin relativa de los puntos, que ngulo 1 se sita a la derecha de laalineacin P1-B. Se dedujo que P1 esta situado en el arco capaz 01, por lo tanto, trazaremos unngulo 21 desde el centro de la circunferencia 01 hacia la derecha del segmento 01-B.Hallamos el punto M del arco capaz 01.

Los extremos de la cuerda B-M comprendern un ngulo 1 desde cualquier punto de su arcocapaz en 01.

El ngulo 2 se sita a la izquierda de la alineacin P2-A. P2 ya se dedujo estar situado en elarco capaz 02. Ahora trazaremos un ngulo 22 desde el centro 02 hacia la izquierda delsegmento 02-A. Hallamos el punto N del arco capaz 02.

Los extremos de la cuerda A-N comprendern un ngulo 2 desde cualquier punto de su arco

capaz en 02.

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Llegados a este punto hacemos la siguiente deduccin:

- Desde cualquier punto del arco capaz 01, se abarca 1 entre los extremos de la cuerdaA-B y 1 entre los extremos de la cuerda B-M.

- 1 es a su vez el ngulo comprendido entre las alineaciones P1-B y P1-P2- Por lo tanto la direccin P1-M es coincidente a P1-P2- Desde cualquier punto del arco capaz 02 se abarca 2 entre los extremos de la cuerda A-

B y 2 entre los extremos de la cuerda A-N.- 2 es el ngulo comprendido entre las alineaciones P2-A y P2-P1- Por lo tanto la direccin P2-N es coincidente a P2-P1- La direccin P1-P2 coinciden con P1-M y P2-N, por lo tanto P1-P2 coincide tambin

con la direccin M-N.

- Como conclusin, los puntos M y N nos definen la recta, que en su interseccin con lacircunferencia 01, determina el punto P1 y en su interseccin con 02, determina el puntoP2. Quedando los puntos definidos en una solucin nica.

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3. conclusiones

Las coordenadas de los puntos obtenidos por este procedimiento grfico pueden ser consultadasdirectamente por el programa de CAD utilizado, siendo los resultados igual de fiables que conun desarrollo analtico-matemtico.

Debemos replantearnos la eficacia desde el punto de vista operativo y tambin didctico, de lasresoluciones grficas a ciertos problemas geomtricos en general y topogrficos en particular.

Los trazados a escuadra y comps (la geometra del tringulo y del crculo) resurgen de formaparadjica en nuestro tiempo con las herramientas de CAD, no slo como potentes herramientasde precisin, sino como coherentes sistemas metodolgicos.

Referencias

[1] Resolucin grafica:(...)No es necesario hacer notar que un mtodo tan impreciso no podr

recomendarse sino en muy limitadas circunstancias y nunca cuando hayan de servir de apoyo adeterminados levantamientos. F. DOMNGUEZ GARCA-TEJERO,Topografa abreviada, Madrid,1997, p. 217[2] Igualmente ocurre en otras disciplinas como la Esttica Grfica del Slido Rgido, que se puedenapoyar en programas de CAD.[3] En este sentido, merecen mencin especial los lenguajes de programacin basados exclusivamente entrazados grficos para sistematizar operaciones, que de no ser as, deberan ser programadas enecuaciones matemticas.[4] La nica solucin grfica encontrada consiste en hallar una figura semejante a la solucin buscada yposteriormente restituir la semejanza.DOMNGUEZ GARCA-TEJERO, F.,Topografa abreviada, Madrid, 1997, p. 217VALDS DOMNECH, Francisco, Topografa, Barcelona, 1985, p. 245[5] Op cit, Topografa, Barcelona, 1985, p. 245 y 246

[6

] DOMNGUEZ GARCA-TEJERO, F., Topografa abreviada, Madrid, 1997, p.217[7] Op cit. Resolucin grfica basado en la semejanza de figuras P.217VALDS DOMNECH, Francisco, Topografa, Barcelona, 1985, p. 245