La scultura è quella che si fa per forza di levare

Michelangelo

And or not propone di individuare un repertorio tassonomico di forme tridimensionali rigorosamente desunto dall’interazione di due semicubi.

Un semicubo si ottiene sezionando un cubo con un piano che lo divide in due solidi di pari volume. Condizione necessaria e sufficiente è che il piano passi per il baricentro del cubo.

La verifica empirica di tale assunto è sperimentabile posizionando una pallina su un bastoncino di lunghezza pari alla metà del lato di un cubo trasparente, bastoncino disposto perpendicolarmente ad una delle facce e collocato sull'intersezione delle diagonali della stessa faccia in modo che la pallina si trovi nell'esatta posizione del baricentro del cubo. Quest'ultimo viene poi riempito d'acqua colorata per metà del suo volume. Muovendo il cubo in diverse posizioni la superficie dell'acqua definisce tutte le possibili sezioni del cubo che lo dividono in due solidi di pari volume. Sarà facile verificare che la pallina si troverà sempre sulla superficie dell'acqua evidenziando che il baricentro appartiene sempre ai piani di sezione. 

Le sezioni del cubo

Sono stati individuate 11 differenti modalità di sezionare il cubo in relazione alla posizione dei piani rispetto al cubo stesso. 

Come si evince dalla tabella le sezioni dei semicubi possono avere forma di quadrato, rettangolo, esagono, rombo, parallelogramma e mai di triangolo, trapezio o pentagono. 

Sezioni del cubo, esperimento 1

In collaborazione con la Buzzi Unicem sono stati realizzati 3 cubi di calcestruzzo di 15 cm di lato attraversati ognuno da un tondino in acciaio inox lungo tre differenti assi di simmetria e due strutture in legno

La prima struttura consente di immergere lentamente il cubo all'interno di un contenitore trasparente che contiene acqua colorata; la superficie dell'acqua definisce tutte le sezioni del cubo secondo un fascio improprio di piani

La seconda fa ruotare il cubo su un asse disposto sul pelo dell'acqua evidenziando così le sezioni del cubo secondo un fascio proprio di piani

Esperimento per la visualizzazione delle sezioni | riprese di Ezio Morante e Manuel Terra

Degli infiniti piani che sezionano un cubo in due solidi di pari volume si è scelto di considerare solo quelli passanti per i vertici e/o i punti medi degli spigoli stessi.

Sono state così determinate 4 tipologie di sezioni:

 4M: piano passante per quattro punti medi

4V: piano passante per quattro vertici

6M: piano passante per 6 punti medi

2M2V: piano passante per 2 punti medi e due vertici

È possibile visualizzare i 4 casi facendo ruotare di 90° un piano passante per il baricentro e due punti medi opposti (4M 0°, 2M2V 45°, 6M 63°, 4V 90°).

Sezioni del cubo, esperimento 2

L'esperimento mira a visualizzare le 4 sezioni che generano i semicubi che si intende considerare nell'ipotesi progettuale.   

Quattro cubi trasparenti sono stati riempiti di sale per la metà del volume. Sono stati realizzati con una stampante 3d 4 supporti conformati per posizionare i cubi nelle posizioni desiderate, cioè quelle che, per gravità, fanno disporre la superficie di sale secondo le sezioni 4M, 4V, 6M, 2M2V. Così è possibile visualizzare un quadrato, un rettangolo, un esagono regolare e un rombo. Le sezioni possono essere evidenziate anche usando un elastico.   

Esperimento per la visualizzazione delle sezioni | riprese di Ezio Morante e Manuel Terra

Le sezioni che generano Semicubi con GeoGebra (a cura della prof.ssa Stefania Galizia)

Durante la seconda giornata del workshop gli studenti, sotto la guida della prof.ssa Stefania Galizia, hanno realizzato con GeoGebra due applicazioni per visualizzare le sezioni del cubo che generano semicubi

La prima applicazione consente di individuare piani che passano per il baricentro del cubo e lo sezionano modificando due parametri. La seconda le sezioni ottenibili facendo ruotare il piano intorno all'asse di simmetria passante per due punti medi di due spigoli opposti, ottenendo anche i 4 casi in esame. 

Clicca sull'immagine per accedere all'applicazione.

Sezioni di un cubo generate da piani passanti per il baricentro
Sezioni di un cubo generate da piani passanti per i punti medi di spigoli opposti

All’interno di un cubo è possibile individuare più sezioni dello stesso tipo: 4M: 3 sezioni, 4V: 6 sezioni, 4M: 4 sezioni, 2M2V: 12 sezioni.

Ogni sezione individuata genera 2 semicubi per un totale di (3+6+4+12)x2 = 50 semicubi. In realtà i semicubi base rimangono 4, gli altri casi sono ottenibile attraverso una o più rotazioni del caso base.

Processo

L'ipotesi progettuale prevede di far interagire due semicubi.

Partendo da tre cubi di pari lato se ne sezionano due secondo i criteri stabiliti. I due semicubi vengono traslati sul cubo non sezionato facendo coincidere PI e PII con P.

È possibile a questo punto definire diverse operazioni facendo riferimento ai diagrammi di Venn e agli operatori booleani (così come interpretati nei programmi di grafica vettoriale).

Algebra Booleana, Operazioni Insiemistiche e Semicubi (a cura del prof. Giandomenico Palumbo)

In una classe prima dell'indirizzo scientifico il prof. Giandomenico Palumbo ha anticipato gli argomenti riguardanti i diagrammi di Venn e l'algebra booleana. Successivamente il prof. Roberto Ianigro ha illustrato il progetto and or not

L'algebra booleana, detta anche algebra di Boole, è un ramo della matematica che si occupa dello studio di sistemi logici con due soli valori di verità: Vero (1) e Falso (0). In questo sistema, le variabili possono assumere solo uno di questi due valori e le operazioni logiche tra di esse sono definite in modo rigoroso. Le operazioni fondamentali dell'algebra booleana sono:

AND (congiunzione): il risultato è Vero solo se entrambi gli operandi sono Veri, 

OR (disgiunzione): il risultato è Vero se almeno uno degli operandi è Vero.

NOT (negazione): inverte il valore dell'operando.

L'algebra booleana può essere utilizzata per definire operazioni tra insiemi, come intersezione (AND), l’unione (OR) e il complemento (NOT). In particolare 

L'AND  corrisponde all'intersezione. In altre parole, il risultato di un'operazione AND è Vero solo se entrambi gli operandi sono Veri. Questo è simile all'intersezione di due insiemi, che è composta solo dagli elementi che appartengono ad entrambi gli insiemi.

L'OR, invece, corrisponde all'unione in teoria degli insiemi. Il risultato di un'operazione OR è Vero se almeno uno degli operandi è Vero. Questo è simile all'unione di due insiemi, che è composta da tutti gli elementi che appartengono ad almeno uno dei due insiemi.

Il NOT corrisponde al complementare di un insieme, rispetto ad un insieme Universo.

L'algebra booleana e le operazioni insiemistiche sugli insiemi possono essere messe in relazione con i semicubi che si vengono a creare intersecando piani con un cubo. infatti:

Un cubo rappresenta l'universo di riferimento, contenente tutti gli elementi possibili.

Un piano divide un cubo in due sottoinsiemi dell’insieme universo (semicubi). I due semicubi rappresentano una partizione del cubo poichè la loro unione forma l’insieme universo.

•Sui semicubi che si vengono a creare dall’intersezione di un piano con un cubo è possibile definire delle operazioni di intersezione (rappresentata dal semicubo con elementi comune ad entrambi), di unione (rappresentata dal semicubo con elementi che appartengono ad entrambi i semicubi), di differenza (rappresentata dal semicubo con elementi che appartengono ad un semicubo ma non all’altro) e di complemento (rappresentata da elementi che appartengono all’universo ma non al semicubo).

Le possibili operazioni di unione o di intersezione tra due semicubi all’interno di un cubo sono definite da una tabella formata da 50 righe e 50 colonne (50x50= 2500 soluzioni).

Si inseriscono a questo punto tre regole che escludono alcuni casi:

1. R1 quelli che prevedono la sovrapposizione dello stesso semicubo (B=C)

2. R2 quelli che richiudono il cubo di partenza (BuC= A)

3. R3 quelli ottenibili da un caso già individuato attraverso una o più rotazioni.

È stata definita una tabella costituita da una colonna con i 4 semicubi base (4M, 2M2V, 6M, 4V) e una riga con i 50 semicubi determinati dalle  25 sezioni. Si generano così 200 casi. Si è ipotizzato che gli altri 2300 siano ottenibili attraverso una o più rotazioni di quelli individuati nella tabella.

Vengono quindi esclusi i casi che non rispettano le prime due regole (4+4 = 8) e quelli che duplicano accoppiamenti già considerati nella tabella (50 casi che per completezza di trattazione sono stati poi comunque riportati).

Sono stati rappresentati i 142 casi rimanenti. Nella catalogazione le soluzioni sono state messe a confronto tra loro per verificare se ogni nuovo caso possa ottenersi attraverso una o più rotazioni di un caso già considerato e numerato. È stato così possibile eliminare altri 84 casi.

4M u 4M 1   CASO

4M u 4V 3   CASI

4M u 6M 2   CASI

4M u 2M2V 6   CASI

 

4V u 4V 4   CASI

4V u 6M 4   CASI

4V u 2M2V 12 CASI

 

6M u 6M 2   CASI

6M u 2M2V 8   CASI

 

2M2V u 2M2V 16 CASI


TOTALE 58 CASI

OR

Il risultato finale è costituito da 58 casi validi su 2500 casi complessivi.

AND

I risultati delle 58 intersezioni costituiscono il repertorio tassonomico di forme plastiche che si voleva ottenere ed esplicitano il concetto platonico dell'idea già racchiusa nel blocco di partenza, il cubo, che va liberata dal "soverchio" per forza di levare, in questo caso non secondo le intenzioni dell'artista, ma applicando un processo. 

NOT

Il soverchio, interpretato come volume scatolare sezionato, si presta a definire un'ulteriore tassonomia di oggetti plastici. 

AND OR NOT, board game

Gli 87 + 87 solidi che compongono i 58 casi (OR) costituiscono i pezzi di un gioco combinatorio

Scopo del gioco è assemblare uno o più puzzle 3D, composti ciascuno di tre pezzi, più rapidamente possibile. Ogni puzzle (OR) è formato sempre da una parte nera (AND) e da due di colore rosso, verde, blu o giallo (NOT). 

Il board game AND OR NOT è stato presentato e testato nello stand istituzionale della Regione Lazio sabato 6 aprile 2024 presso la Fiera di Roma in occasione del ROMICS 2024, è stato presentato a Parma il 23 e 24 maggio al Campionato di Imprenditorialità promosso da JA Italia e Ministero dell'Istruzione e del Merito e si è classificato al secondo posto al contest regionale Startupper School Academy 2023-24 di Lazioinnova per la categoria Prototipa la tua idea.

Prototipo del puzzle tridimensionale | riprese di Ezio Morante e Manuel Terra (workshop)
15+2 Carte-gioco per il primo set-test

Clicca sul logo o sull'immagine per accedere alla pagina dedicata al board game AND OR NOT.  

Scatola in metacrilato trasparente da 15 cubi
14/58 puzzle 3D
15/58 puzzle 3D
14/58 puzzle 3D
15/58 puzzle 3D