Teselado hexagonal

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Teselado hexagonal
Familia: teselado regular del plano
Tiling Regular 6-3 Hexagonal.svg
Teselado hexagonal regular.
Polígonos que forman las caras Hexágono
Configuración de vértices 6.6.6 (o 63)
Poliedro dual Teselado triangular
Símbolo de Schläfli {6,3}
t0,1{3,6}
Símbolo de Wythoff 3 | 6 2
2 6 | 3
3 3 3 |
Símbolo de Coxeter-Dynkin CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
CDel node.pngCDel 6.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.png
CDel node 1.pngCDel split1.pngCDel branch 11.png
Propiedades
Figura isogonal
Poliedro de aristas uniformes
Poliedro de caras uniformes
Simetría axial

En geometría, un teselado hexagonal es un tipo de teselado regular del plano Euclídeo formado exclusivamente por hexágonos. Tiene un símbolo de Schläfli de {6,3} o t{3,6} (visto como un teselado triangular truncado). [1][2]

Coloquialmente, es denominada como estructura de panal de abeja. El matemático John Horton Conway acuñó la denominación de hextille (traducible como hextesela) para referirse a este teselado concreto. [3]

Es uno de los tres únicos tipos de teselado que puede realizarse con polígonos regulares. Cada vértice de la tesela es compartido por tres hexágonos regulares, y dado que el ángulo interno de un hexágono es de 120 grados, la confluencia cubre un ángulo total de 360 grados. También es posible realizar teselas empleando hexágonos que no sean regulares.[1][4]

Propiedades y aparición en la naturaleza[editar]

  • La forma más densa de conseguir un empaquetamiento de círculos en dos dimensiones, consiste en colocar los centros de los círculos sobre los centros de los hexágonos de un teselado hexagonal regular.
  • A nivel molecular, el hexágono se presenta como una estructura de ordenación muy estable, como la del benceno, plana e indeformable, carente de tensiones de anillo (transanulares), en cuyos vértices se encuentran los átomos de carbono, con tres dobles enlaces y tres enlaces simples en posiciones alternas.
  • En astronomía, el hexágono se hace patente en los llamados Puntos de Lagrange, o puntos de libración, que son posiciones especiales dentro de un sistema orbital, en las que las fuerzas de atracción se compensan.
  • La forma más densa de conseguir un empaquetamiento de esferas es apilando capas de teselas hexagonales, desplazando cada capa para que los vértices coincidan en el centro de los hexágonos de la capa superior e inferior.
  • La conjetura del panal de abeja afirma que este teselado es la mejor manera de dividir una superficie en regiones de igual área y con el mínimo perímetro total. La conjetura se conoce desde la antigüedad, aunque no fue probada hasta 1999.[5]
  • Como consecuencia de lo anterior, esta estructura aparece con mucha frecuencia en la naturaleza. El panal de abeja es una estructura que minimiza la cantidad de cera necesaria para su construcción. Varias plantas y hongos crean estructuras hexagonales como forma de cubrir el máximo área posible reduciendo la cantidad material dedicado a ello. En el mundo industrial, una forma eficiente de fabricar una alambrada es moldeando una tesela de hexágonos, ya que reduce la cantidad de alambre necesario para fabricar un determinado área de alambrada.
  • El teselado hexágonal aparece en la estructura de muchos cristales, por lo que tiene una gran importancia en cristalografía. Por ejemplo, esta estructura aparece de forma natural en la estructura del grafito, donde cada capa de grafeno está formada por una red de átomos de carbono unidos mediante enlaces covalentes.
  • Multitud de juegos de tablero y de ordenador emplean tableros con un diseño basado en teselado hexagonal. Algunos ejemplos son La batalla por Wesnoth, el Ajedrez hexagonal, Los Colonos de Catán y Heroes of Might and Magic.

Coloraciones uniformes[editar]

Hay tres coloraciones uniformes distintas de un mosaico hexagonal, todas generadas a partir de la simetría especular de la construcción de Wythoff. Los pares (h, k) representan la repetición periódica de un mosaico de color, contando las teselas hexagonales que se deben recorrer para alcanzar desde una tesela de un color dado otra tesela del mismo color, con h pasos en una primera dirección, y en su caso, k pasos en una segunda dirección.

k-uniformidad 1-uniforme 2-uniforme 3-uniforme
Simetría p6m, (*632) p3m1, (*333) p6m, (*632) p6, (632)
Imagen Uniform tiling 63-t0.svg Uniform tiling 63-t12.svg Uniform tiling 333-t012.svg Truncated rhombille tiling.png Hexagonal tiling 4-colors.svg Hexagonal tiling 2-1.svg Hexagonal tiling 7-colors.svg
Colores 1 2 3 2 4 2 7
(h,k) (1,0) (1,1) (2,0) (2,1)
Schläfli {6,3} t{3,6} t{3[3]}
Wythoff 3 | 6 2 2 6 | 3 3 3 3 |
Coxeter CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel split1.pngCDel branch 11.png
Conway H cH

El mosaico de 3 colores es un teselado generado por permutoedros de orden 3.

Teselado hexagonal achaflanado[editar]

En un mosaico hexagonal achaflanado se reemplazan los bordes por nuevos hexágonos, llegando a transformarse en otro mosaico hexagonal. En el límite, las caras originales desaparecen, y los nuevos hexágonos degeneran en rombos, convirtiéndose en un teselado rómbico.

Hexágonos (H) Hexágonos achaflanados (cH) Rombos (daH)
Uniform tiling 63-t0.svg Chamfered hexagonal tiling.png Truncated rhombille tiling.png Chamfered hexagonal tiling2.png Rhombic star tiling.png

Teselados relacionados[editar]

Cada hexágono se puede dividir en un conjunto de 6 triángulos. Este proceso lleva a dos teselados regulares y a otros tantos teselados triangulares:

Teselado regular División Teselados regulares Teselado regular
1-uniform n1.svg
Original
Regular hexagon.svg
Vertex type 3-3-3-3-3-3.svg
2-uniform n10.svg
1/3 dividido
2-uniform n19.svg
2/3 dividido
1-uniform n11.svg
totalmente dividido

El teselado hexagonal puede considerarse un "teselado rómbico alargado", donde cada vértice del embaldosado rómbico se estira formando un nuevo borde. Esto es similar a la relación entre los teselados a base de rombododecaedros y a base de rombo-hexagonal dodecaedros en 3 dimensiones.

Kah 3 6 romb.png
Teselado rómbico
Uniform tiling 63-t0.svg
Teselado hexagonal
Chicken Wire close-up.jpg
Recintos usando esta relación

También es posible subdividir los prototipos de ciertos mosaicos hexagonales en dos, tres, cuatro o nueve pentágonos iguales:

Pent-Hex-Type1-2.png
Teselado pentagonal tipo 1 con superposiciones de hexágonos regulares (cada uno abarcando 2 pentágonos).
Pent-Hex-Type3-3.png
Teselado pentagonal tipo 3 con superposiciones de hexágonos regulares (cada uno abarcando 3 pentágonos).
Pent-Hex-Type4-4.png
Teselado pentagonal tipo 4 con superposiciones de hexágonos semiregulares (cada uno abarcando 4 pentágonos).
Pent-Hex-Type3-9.png
Teselado pentagonal tipo 3 con superposiciones de dos tamaños de hexágonos regulares (cada uno abarcando 3 y 9 pentágonos respectivamente).

Mutaciones de simetría[editar]

Este mosaico está relacionado topológicamente como parte de la secuencia de mosaicos regulares con caras hexagonales, comenzando con el mosaico hexagonal, con Símbolo de Schläfli {6, n} y diagrama de Coxeter-Dinkyn CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel n.pngCDel node.png, progresando hasta el infinito.

Este mosaico está relacionado topológicamente con poliedros regulares con figura de vértice n3, como parte de la secuencia que continúa en el plano hiperbólico.

Se relaciona de manera similar con el poliedro truncado uniforme con la figura de vértices n. 6.6.

Este mosaico también forma parte de una secuencia de poliedros rómbicos truncados y mosaicos con simetría [n, 3] del grupo de Coxeter. El cubo se puede ver como un hexaedro rómbico donde los rombos son cuadrados. Las formas truncadas tienen n-gons regulares en los vértices truncados y caras hexagonales no regulares.

Construcciones de Wythoff a partir de teselados hexagonales y triangulares[editar]

Al igual que en los poliedros uniformes, existen ocho teselados uniformes que pueden basarse en el mosaico hexagonal regular (o en el teselado triangular dual).

Dibujando las fichas coloreadas en rojo en las caras originales, amarillas en los vértices originales y azules en los bordes originales, existen 8 formas, 7 de ellas topológicamente distintas. (El "mosaico triangular truncado" es topológicamente idéntico al mosaico hexagonal).

Teselados hexagonales monoedrales convexos[editar]

Existen tres tipos de mosaicos hexagonales monoedrales convexos.[6]​ Todos son isoedrales. Cada uno tiene variaciones paramétricas dentro de una simetría fija. El tipo 2 posee simetría por deslizamiento, y es 2-isoedral considerando iguales los pares quirales.

Los 3 tipos de teselados hexagonales monoedrales convexos
1 2 3
p2, 2222 pgg, 22× p2, 2222 p3, 333
P6-type1.png P6-type2.png P6-type2-chiral coloring.png P6-type3.png
Prototile p6-type1.png
b=e
B+C+D=360°
Prototile p6-type2.png
b=e, d=f
B+C+E=360°
Prototile p6-type3.png
a=f, b=c, d=e
B=D=F=120°
Lattice p6-type1.png
celda unidad de 2 teselas
Lattice p6-type2.png
celda unidad de 4 teselas
Lattice p6-type3.png
celda unidad de 3 teselas

Teselados topológicamente equivalentes[editar]

Los enlosados hexagonales se pueden hacer con la topología {6,3} idéntica a la del mosaico regular (3 hexágonos alrededor de cada vértice). Con caras isoédricas, hay 13 variaciones. La simetría dada asume que todas las caras son del mismo color. Los colores aquí representan las posiciones en la celosía. [7]​ Las celosías de un solo color (1 baldosa) son hexágonos paralelogonales.

Los 13 teselados con hexágonos isoedrales
pg (××) p2 (2222) p3 (333) pmg (22*)
Isohedral tiling p6-1.png Isohedral tiling p6-2.png Isohedral tiling p6-3.png Isohedral tiling p6-6.png Isohedral tiling p6-9.png Isohedral tiling p6-10.png
pgg (22×) p31m (3*3) p2 (2222) cmm (2*22) p6m (*632)
Isohedral tiling p6-4.png Isohedral tiling p6-5.png Isohedral tiling p6-8.png Isohedral tiling p6-11.png Isohedral tiling p6-7.png Isohedral tiling p6-12.png Isohedral tiling p6-13.png

Otros mosaicos revestidos con teselas isoedrales como cuadriláteros y pentágonos que no se adosan borde-a-borde, se asocian topológicamente a teselados hexagonales considerando que sus lados se pueden interpretar como aristas adyacentes colineales:

Teselados isoedrales con cuadriláteros
pmg (22*) pgg (22×) cmm (2*22) p2 (2222)
Isohedral tiling p4-18.png
Parallelogram
Isohedral tiling p4-20.png
Trapecio (geometría)
Isohedral tiling p4-19.png
Parallelogram
Isohedral tiling p4-19b.png
Rectángulo
Isohedral tiling p4-17.png
Paralelogramo
Isohedral tiling p4-21.png
Rectangle
Isohedral tiling p4-22.png
Rectangle
Teselados pentagonales isoedrales
p2 (2222) pgg (22×) p3 (333)
P5-type1.png P5-type2.png P5-type3.png

Los teselados 2 uniformes y 3 uniformes tienen un grado de libertad de rotación que distorsiona 2/3 de los hexágonos, incluida un caso colineal que también se puede ver como un mosaico de hexágonos sin adosado borde a borde y triángulos más grandes.[8]

Así mismo, se puede distorsionar en un patrón de tejido tridireccional quiral de 4 colores, que distorsiona algunos hexágonos en paralelogramos. El patrón tejido con 2 caras de colores tiene simetría de rotación 632 (p6).

Regular Girado Regular Ondeado
p6m, (*632) p6, (632) p6m (*632) p6 (632)
Uniform tiling 63-t12.svg Gyrated hexagonal tiling2.png Truncated rhombille tiling.png Weaved hexagonal tiling2.png
p3m1, (*333) p3, (333) p6m (*632) p2 (2222)
Uniform tiling 333-t012.svg Gyrated hexagonal tiling1.png Hexagonal tiling 4-colors.png Weaved hexagonal tiling.png

Empaquetamiento de círculos[editar]

El mosaico hexagonal se puede usar como un empaquetamiento de círculos, colocando círculos de igual diámetro con el centro en los puntos de la retícula. Cada círculo está en contacto con otros 3 círculos en el empaquetamiento (número de osculación).[9]​ Cada arista de la retícula queda recubierta con dos círculos, por lo que se pueden colorear alternativamente. El espacio interior de cada hexágono permite disponer un círculo más, creando el empaquetamiento más denso del teselado triangular, con cada círculo en contacto con un máximo de 6 círculos.

Hexagonal tiling circle packing.png Hexagonal tiling circle packing2.png

Apeirógonos complejos regulares relacionados[editar]

Existen dos apeirógonos complejos regulares, compartiendo los vértices del mosaico hexagonal. Los apeirógonos complejos regulares tienen vértices y aristas, donde a su vez las aristas pueden contener 2 o más vértices. Los apeirogonos regulares p{q}r están restringidos por la condición de que: 1 / p + 2/q + 1/r = 1. Cada arista contiene p vértices y en función del número de vértices se dice que son r-gonales.[10]

El primero está compuesto por 2 aristas, tres alrededor de cada vértice; el segundo tiene bordes hexagonales, tres alrededor de cada vértice. Un tercer apeirógono complejo, que comparte los mismos vértices, es cuasirregular, y alterna 2 aristas y 6 aristas.

Complex apeirogon 2-12-3.png Complex apeirogon 6-4-3.png Truncated complex polygon 6-6-2.png
2{12}3 or CDel node 1.pngCDel 12.pngCDel 3node.png 6{4}3 or CDel 6node 1.pngCDel 4.pngCDel 3node.png CDel 6node 1.pngCDel 6.pngCDel node 1.png

Referencias[editar]

  1. a b Weisstein, Eric W. «Hexagon Tiling». MathWorld (en inglés). Consultado el 15 de diciembre de 2014. 
  2. Gardner, Martin (1988). «"13. Tilings with Convex Polygons."». En W. H. Freeman, ed. Time Travel and Other Mathematical Bewilderments (en inglés). New York. pp. 162-176. Consultado el 15 de diciembre de 2014. (requiere registro). 
  3. Conway; Burgiel; Goodman-Strass (2008). «"21: Naming the Archimedean and Catalan polyhedra and Tilings"». The Symmetries of Things (en inglés). ISBN 978-1-56881-220-5. 
  4. 9.3 Teselaciones regulares y semiregulares. En: Matemáticas. Volumen II. E-book. MAD-Eduforma. ISBN 8466512632. Pág. 361
  5. Hales, Thomas C. (8 de junio de 1999). «The Honeycomb Conjecture». Discrete and Computational Geometry 25: 1-22 (2001). arXiv:math/9906042. 
  6. Tilings and Patterns, Sec. 9.3 Other Monohedral tilings by convex polygons
  7. Tilings and Patterns, from list of 107 isohedral tilings, pp. 473–481
  8. Tilings and patterns, uniform tilings that are not edge-to-edge
  9. Order in Space: A design source book, Keith Critchlow, pp. 74–75, pattern 2
  10. Coxeter, Regular Complex Polytopes, pp. 111-112, p. 136.

Referencias y enlaces externos[editar]