Polyhedra thường xuyên trong tự nhiên

Điều gì sẽ xảy ra nếu chỉ có một loại hình dạng, chẳng hạn như một hình thức, như một hình chữ nhật trên thế giới? Một số điều không thay đổi ở tất cả các cửa ra vào, trailer hàng hóa, sân bóng đá - tất cả họ đều giống nhau. Nhưng những gì về các tay nắm cửa? Họ sẽ là một chút lạ. Một bánh xe? Nó sẽ là không hiệu quả. Và bóng đá? Thật khó có thể thậm chí tưởng tượng. May mắn thay, thế giới là đầy đủ của nhiều hình thức khác nhau. Có polyhedra thường xuyên trong tự nhiên? Vâng, và rất nhiều trong số họ.

một đa giác là gì?

Để con số là một đa giác, đòi hỏi điều kiện nhất định. Thứ nhất, phải có nhiều khía cạnh và góc. Bên cạnh đó, nó phải là một hình thức đóng cửa. Một đa giác thường xuyên là một nhân vật với tất cả các bên bình đẳng và góc. Theo đó, trong những sai lầm họ có thể bị bóp méo một chút.

Loại đa giác thường xuyên

số lượng tối thiểu của hai bên có thể có một đa giác thường xuyên như thế nào? Một dòng có thể có rất nhiều bên. Hai bên cũng không thể đáp ứng và tạo thành một khuôn khép kín. Một ba bên có thể - như một hình tam giác. Và kể từ khi chúng ta đang nói về một đa giác thường xuyên, nơi tất cả các bên và góc đều bình đẳng, chúng ta đang đề cập đến một tam giác đều.

Nếu bạn thêm một khía cạnh khác, bạn sẽ có được một hình vuông. Có thể một hình chữ nhật, trường hợp các bên không bằng nhau, là một đa giác thường xuyên? Không, con số này sẽ được gọi là một hình chữ nhật. Nếu bạn thêm một khía cạnh thứ năm, bạn sẽ có được một hình ngũ giác. Theo đó, có một hình lục giác, hình bảy góc, hình bát giác, và vân vân vô cùng tận.

hình học tiểu học

Đa giác nhiều loại khác nhau: mở, đóng cửa và tự giao nhau. Con số hình học đa giác tiểu học là bằng phẳng, được giới hạn bởi một chuỗi hữu hạn các đoạn đường thẳng để tạo thành một đa giác khép kín hoặc đường viền. Những phân đoạn cạnh hoặc cạnh của nó, và các điểm nơi hai mép gặp nhau, - đỉnh và góc. Phần bên trong của đa giác đôi khi được gọi cơ thể của mình.

Polyhedra trong tự nhiên và đời sống con người

Trong khi mô hình ngũ giác đầy dẫy dưới nhiều hình thức sinh hoạt, thế giới khoáng thích một đối xứng đôi, gấp ba, bốn và sáu lần. Hình lục giác là một hình dạng dày đặc mà cung cấp hiệu suất tối đa cấu trúc. Nó là rất phổ biến trong lĩnh vực phân tử và tinh thể trong đó hình ngũ giác hầu như không bao giờ xảy ra. Steroid, cholesterol, benzen, vitamin C và D, aspirin, đường, graphite - là sự tồn tại của đối xứng gấp sáu lần. Nơi trong tự nhiên có polyhedra thường xuyên? Các kiến trúc hình lục giác nổi tiếng nhất được tạo ra bởi những con ong, ong bắp cày và ong bắp cày.

Sáu phân tử nước hình thành cốt lõi của mỗi tinh thể tuyết. Vì vậy, nó quay ra một bông tuyết. Khía cạnh hình thức bay mắt đóng gói chặt chẽ bố trí hình lục giác. một số polyhedra thường xuyên khác trong tự nhiên là gì? Nước này tinh thể, và kim cương, cột đá bazan, các tế bào biểu mô trong mắt, một số tế bào thực vật, và nhiều hơn nữa. Như vậy, polyhedra, bởi thiên nhiên, cả hai động và vô tri vô giác, có mặt trong cuộc sống của một người trong một số lượng lớn và đa dạng.

Điều gì gây ra sự phổ biến của hình lục giác?

Bông tuyết, các phân tử hữu cơ, các tinh thể thạch anh và bazan dạng cột là hình lục giác. Lý do cho điều này là sự đối xứng vốn có của họ. Ví dụ nổi bật nhất là một tế bào, một cấu trúc lục giác làm giảm tới một bất lợi không gian tối thiểu, vì toàn bộ bề mặt được tiêu thụ rất hiệu quả. Tại sao chia thành các tế bào giống hệt nhau? Ong tạo ra trong tự nhiên khối đa diện đều để sử dụng chúng cho các nhu cầu riêng của mình, trong đó có lưu trữ mật ong và đẻ trứng. Tại sao tự nhiên thích hình lục giác? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể cung cấp cho toán học tiểu học.

• Tam giác. Đi 428 tam giác đều có cạnh khoảng 7,35 mm. tổng chiều dài của họ là 3 mm * 7,35 * 428/2 = 47,2 cm.
• Hình chữ nhật. Đi 428 hình vuông với một bên là khoảng 4,84 mm, tổng chiều dài là 4 m * 4,84 * 428/2 = 41,4 cm.
• Hình lục giác. Cuối cùng, mất 428 hình lục giác có cạnh 3 mm, tổng chiều dài là 6 * 3 mm * 428/2 = 38,5 cm.

Rõ ràng là để giành chiến thắng hình lục giác. Nó là hình thức này giúp giảm thiểu không gian tối đa cho phép và một khu vực nhỏ để đặt nhiều mảnh càng tốt. Tế bào, trong đó những con ong lưu trữ mật hổ phách của họ, là điều kỳ diệu của cơ khí chính xác, một mảng của các tế bào hình lăng trụ với hoàn hảo lục giác cắt ngang. Các bức tường sáp được thực hiện để đáp ứng độ dày rất chính xác, các tế bào nhẹ nhàng nghiêng để ngăn chặn sự mất mát của mật ong nhớt, và toàn bộ cấu trúc được liên kết phù hợp với từ trường của trái đất. Đáng ngạc nhiên, trong khi những con ong đang làm việc trong phối hợp.

Tại sao hình lục giác? Đây là một hình học đơn giản

Nếu bạn muốn quây quần bên nhau cùng kích thước và hình dạng của tế bào, do đó họ điền vào toàn bộ máy bay, nó sẽ làm việc chỉ có ba hình dạng bình thường (với tất cả các bên và với cùng một góc): tam giác đều, hình vuông và hình lục giác. Của các tế bào lục giác đòi hỏi tổng chiều dài nhỏ nhất của bức tường so với hình tam giác hoặc hình vuông cùng khu vực.

Do đó lựa chọn những con ong hình lục giác có ý nghĩa. Trong các nhà khoa học thế kỷ XVIII Charles Darwin cho rằng các tế bào lục giác "hoàn toàn hoàn hảo trong tiết kiệm lao động và sáp." Ông tin rằng lựa chọn ưu đãi bản năng tự nhiên của sáp ong để tạo ra các tế bào, trong đó có lợi thế cung cấp ít năng lượng và thời gian hơn để tạo ra các hình thức khác.

Ví dụ về các polyhedra trong tự nhiên

mắt ghép một số loài côn trùng được đóng gói trong một hình lục giác, trong đó mỗi bên - ống kính được kết nối với một tế bào võng mạc mỏng dài. Các cấu trúc được hình thành bởi các cụm của các tế bào sinh học thường có hình dạng kiểm soát bởi các quy tắc tương tự như các bong bóng trong dung dịch xà phòng. Cấu trúc vi mô của mắt cạnh - một trong những ví dụ tốt nhất. Mỗi khía cạnh chứa một cụm bốn tế bào nhạy sáng, có hình dạng giống như cụm bốn bong bóng thông thường.

Điều gì quyết định các quy tắc của bộ phim xà phòng và bong bóng hình thức? Nature thậm chí quan tâm nhiều hơn về nền kinh tế hơn so với những con ong. bong bóng xà phòng và bộ phim làm từ nước (với việc bổ sung xà phòng) và sức căng bề mặt thu hút bề mặt chất lỏng để cung cấp cho nó một không gian nhỏ hơn càng tốt. Đó là lý do tại sao những giọt là hình cầu (nhiều hơn hoặc ít hơn), khi họ rơi: lĩnh vực có diện tích bề mặt nhỏ hơn so với bất kỳ hình thức khác với cùng một khối lượng. Trên sáp lá giọt nước được hút vào hạt nhỏ vì lý do tương tự.

Mô hình này giải thích bè bong bóng căng bề mặt và bọt. Bọt sẽ tìm kiếm một cấu trúc có tổng sức căng bề mặt thấp nhất, mà sẽ cung cấp diện tích nhỏ nhất của bức tường. Mặc dù hình dạng của bộ phim xà phòng được quyết định bởi sự tương tác của các lực lượng cơ khí, nó không cho chúng tôi biết những gì sẽ là hình thức của bọt. Một bọt điển hình bao gồm một hình dạng tế bào và kích cỡ đa diện. Nếu bạn nhìn kỹ, các polyhedra thường xuyên trong tự nhiên - không quá chính xác. cạnh của họ hiếm khi hoàn toàn thẳng.

bong bóng đúng

Giả sử rằng bạn có thể thực hiện một "hoàn hảo" bọt, trong đó tất cả các bong bóng có cùng kích thước. hình thức hoàn hảo của các tế bào, mà làm cho tổng thể khu vực tường bong bóng càng nhỏ càng tốt là gì. Điều này đã được thảo luận trong nhiều năm, và trong một thời gian dài người ta nghĩ rằng hình thức lý tưởng của tế bào là một đa diện 14 mặt với hình vuông hoặc bên lục giác.

tiết kiệm hơn, mặc dù ít ra lệnh cấu trúc, bao gồm một nhóm lặp lại trong tám hình thức khác nhau của tế bào được phát hiện vào năm 1993. mô hình phức tạp hơn này được sử dụng như là nguồn cảm hứng cho việc thiết kế một sân vận động bọt bơi trong Thế vận hội Olympic 2008 tại Bắc Kinh.

Quy định về sự hình thành của các tế bào trong bọt cũng kiểm soát một số mẫu quan sát trong các tế bào sống. Không chỉ là một con ruồi mắt không thể thiếu cho thấy cùng một khía cạnh đóng gói lục giác rằng bong bóng bằng phẳng. Các tế bào nhạy sáng trong mỗi ống kính cá nhân cũng được kết nối với các nhóm, mà trông giống như bong bóng xà phòng.

polyhedra thế giới trong tự nhiên

Các tế bào của nhiều loại khác nhau của các sinh vật, từ các nhà máy để màng chuột chứa các cấu trúc vi như vậy. Không ai biết những gì họ làm, nhưng họ rất rộng rãi, đó là công bằng khi cho rằng họ có một số vai trò hữu ích. Có lẽ họ đang bị cô lập với người khác ra quá trình sinh hóa, tránh xuyên nhiễu.

Hoặc nó có thể đơn giản là một cách hiệu quả để tạo mặt phẳng làm việc lớn, vì nhiều quá trình sinh hóa diễn ra ở bề mặt màng, nơi các enzym và các phân tử hoạt động khác có thể được kết hợp. Dù chức năng của polyhedra trong tự nhiên, đừng bận tâm đến việc tạo ra hướng dẫn di truyền phức tạp, bởi vì các định luật vật lý sẽ làm điều đó cho bạn.

Một số loài bướm có quy mô có cánh chứa một mê cung có trật tự bằng vật liệu bền gọi là chitin. Tiếp xúc với sóng ánh sáng phục hồi từ những rặng thông thường và các cấu trúc khác trên bề mặt cánh, dẫn đến thực tế là bước sóng nhất định (ví dụ, một số màu sắc) biến mất, trong khi những người khác được củng cố lẫn nhau. Do đó, một cấu trúc đa giác cung cấp một công cụ tuyệt vời cho việc sản xuất các màu sắc động vật.

Để thực hiện mạng lệnh của khoáng sản khó khăn, một số sinh vật dường như hình thành hình dạng của màng tế bào linh hoạt mềm mại, và sau đó kết tinh vật liệu rắn bên trong một trong những mạng interpenetrating. Cấu trúc tổ ong của các kênh truyền hình vi trong các đinh tán rỗng chitin giun biển bất thường được gọi là chuột biển, chuyển đổi các mô hình trong sợi quang voloskopodobnye tự nhiên mà có thể hướng dẫn ánh sáng thay đổi nó từ đỏ sang xanh-màu xanh lá cây tùy thuộc vào hướng ánh sáng. thay đổi màu này có thể được sử dụng để ngăn chặn kẻ thù.

tự nhiên biết tốt nhất

Hệ động thực vật rất nhiều trong các ví dụ của polyhedra trong tự nhiên, như thế giới vô tri vô giác của các loại đá và khoáng chất. Từ một quan điểm hoàn toàn tiến hóa của xem, cấu trúc lục giác là một nhà lãnh đạo trong tối ưu hóa năng lượng. Bên cạnh những lợi thế rõ ràng (tiết kiệm không gian), lưới đa diện cung cấp một số lượng lớn các khuôn mặt, do đó tăng số lượng các nước láng giềng mà có lợi ảnh hưởng đến toàn bộ cấu trúc. Kết quả cuối cùng của việc này là thông tin được lan truyền nhanh hơn. Tại sao đúng và sai lục giác hình ngôi sao polyhedra trong tự nhiên xảy ra thường xuyên? Có lẽ vì thế cần thiết. Nature biết tốt nhất, cô ấy biết tốt hơn.