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CURIOSITÉS TOPOLOGIQUES Le ruban de Moebius, la bouteille de Klein … Des objets curieux pour lesquels le dedans est dehors … La
sphère n'a pas de trou, le tore
en a un, le
double tore, deux et le triple tore, trois. |
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Simple à réaliser avec un
ruban de papier. Coller les deux petits bords ensemble, mais en ayant pris le
soin de retourner l'un des côtés.
La découpe en suivant le milieu
du ruban laisse une bonne surprise.
D'autres découpes sont
amusantes. Les sites Internet en proposent des vidéos explicites. En découpant le long de la ligne
médiane, on obtient un seul morceau formant quatre demi-tours
Tous les rubans qui font un
nombre impair de demi-tours
sont inorientables. Voir Ruban de Moebius / Infini / Problème du carré inscrit
/ Spineur |
Cette surface n'a qu'une seule face. Elle est inorientable. Sur un tel
circuit, une voiture parcourait la partie blanche puis la partie sombre sans
difficulté. |
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Question Problème du ruban de Moebius posé en 1977
par Charles Weaver and Benjamin Halpern. Quel est le rapport de taille minimum entre
la largeur et la longueur du ruban tel qu'il soit réalisable sans pliures ? Ce serait autour de √3 ≈ 1,73… |
Nouveauté 2023 Pour les proportions autour de racine de 3,
l'existence d'intégrations lisses, sans auto-intersection, reste un problème
ouvert.. En
2023, Richard Schwartz a annoncé une preuve de leur inexistence. Si l'exigence de douceur est assouplie pour
permettre des surfaces continuellement différenciables, le théorème de
Nash-Kuiper implique que deux bords opposés de n'importe quel rectangle
peuvent être collés pour former une bande de Möbius intégrée, quel que soit
le rapport hauteur/largeur. |
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Logo indiquant les matières
recyclables: trois demi-tours |
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Autrefois, dans les ateliers
de menuiserie, on utilisait l'énergie hydraulique des rivières pour faire
fonctionner toutes les machines. Des axes tournaient au plafond. Ils étaient reliés
aux machines par des poulies et courroies, embrayés selon les besoins.
Les courroies étaient souvent
vrillées d'un demi-tour pour assurer une rotation inverse, mais aussi pour
limiter l'usure de la courroie. |
Source image: Lozère
modélisme |
Ang: Moebius strip
Le ruban de Moebius (ou Möbius; Möbius strip) est
une surface non orientable à deux
dimensions avec seulement une face quand elle est plongée dans un espace
euclidien à trois dimensions. Ruban fermé par collage après un demi-tour de la
bande (ou un nombre impair quelconque
de demi-tours. Dans tous les cas, la bande offre une seule surface. Il a été découvert en 1858 par le mathématicien
allemand August Möbius (1790-1868) et, simultanément, par Johann Listing
(1808-1882). Listing est le premier à employer le mot topologie, au lieu du terme usuel
geometria situs. Ce ruban a fasciné les artistes comme Esher (Illustration). Il a joué un rôle fondamental dans la création de
la topologie, la géométrie qui étudie les propriétés des objets qui se
déforment et s'étirent. Domaine à forte implication dans la théorie des cordes, par exemple. |
Voir Contemporains
English corner
The Möbius strip is a one-sided
object that can be made by simply twisting a piece of paper and connecting
the ends with some tape. If you were to follow the loop around with your
finger, you'd eventually end up right
back where you started, having touched the entire surface of the loop along
the journey. This simple creation, the Möbius strip, is fundamental to the entire
field of topology and serves as a quintessential example of various
mathematical principles. |
Voir
Anglais pour le bac et pour les affaires
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La bouteille de Klein est
également un objet improbable de la topologie.
C'est un objet pour lequel il
est impossible d'identifier un intérieur et un extérieur.
Les sites Internet vous
présentent des vidéos qui permettent d'imaginer un tel objet.
Cet objet se construit (par
la pensée) comme le ruban de Moebius: une feuille de papier; coller les deux
côtés rouges, puis les bleus, mais en inversant le sens. Voir Bouteille de Klein |
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Ang: Klein bottle
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Le défi consiste à réaliser
l'inversion du ruban: la face blanche passe à l'intérieur et la sombre à
l'extérieur, et ceci selon les conditions d'opération topologique: pas de
déchirement, pas de pliure marquée; par contre, il est possible de passer à
travers une surface (comme dans l'exemple de la bouteille de Klein). |
Impossible d'inverser la face bleue et la face blanche selon les lois
de la topologie. |
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Cette fois ce n'est plus un
ruban à inverse, mais une sphère: faire passer la face interne à l'extérieur.
Impossible pour le ruban et …
possible pour la sphère.
IL faut être mathématicien
topologiste pour imaginer une telle opération. |
Aucun dessin ne permet de visualiser l'opération. même les vidéos
peinent. |
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Il est possible d'en avoir une
petite idée en reliant chacun des points de la sphère à son antipode. Chaque
diamètre ainsi formé se rétrécit sur lui-même jusqu'à devenir le point
central et, ne s'arrêtant pas là, repart en s'allongeant pour redonner un
diamètre inversé. Résultat: chacun des points a pris la place de son jumeau
de l'antipode.
Notez que vous réaliser cette
opération tous les matins dans votre salle de bains. Votre corps reflété par
le miroir est en fait votre corps inversé. |
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Double tore / Sphère à deux poignées
/ Bouteille de Klein
Anneaux de Moebius et la
sculpture
Voir |
Topologie
– Glossaire |
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Aussi |
Géométrie – Index |
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Sites |
Retournement
de la sphère – Vidéo Cherchez "To
turn the sphere upside down" sur YOUTUBE
Surfaces orientables unilatères
–
Mathcurve – Robert Ferréol |
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