蜜蜂的储蓄:为什么自然喜欢的六角形吗?

有了足够的观测在自然很容易检测严格的几何形状。 一个特殊的荣誉是 六角形的 —正六边形。

他们为什么这么喜欢蜂和建筑师,并且他们有什么优点从观点的物理、说,一位英国科学家和科学记者Philip球。

这里是从书中摘录的"模式在性的:为什么生活的世界看起来像",发表在网站上的鹦鹉螺。






作为蜜蜂这样做吗? 蜂巢在哪他们储存的黄金花蜜,是创造奇迹的工程、招聘细胞形式的棱镜具有正确的六角形的基础。 厚度的蜡的墙壁是用严格定义、细胞稍微偏离的水平,这样的粘稠的蜂蜜不流动和单元是在平衡的影响地球的磁场。 但是这个设计没有图纸和预报,建立了很多蜜蜂,并以某种方式协调它们的尝试使蜂窝一样的。

古希腊哲学家Papp亚历山德里亚认为蜜蜂必须拥有"几何的洞察力。" 和谁如果没有主会给他们这种智慧吗? 因为写了英文的昆虫学家威廉*科比在十九世纪中期,蜜蜂—"数学的上帝的。" 查尔斯达尔文是不确定关于这一点,并进行了实验,以确定如果蜜蜂可以建立一个完美的蜂窝只使用所获取的和固有的能力,因为是假定在他的理论的演变。

但是,为什么一个六角形吗? 这是一个纯粹的几何问题。 如果你想要把几个相同的形状和尺寸,以便它填满了整个飞机, 适用的只有三个正确的图 (平等边和角):

  • 等边三角形
  • 广场
  • 六边形。
 

如果你选择这些选项,六蜂窝将需要的最小总长度的分区,不像三角形和方的同一地区。 因此,在蜂爱的六角形的意义:用于制造蜡被浪费的能量,他们试图最大限度地降低成本—只是作为建设者试图节省成本的砖头。 这样的结论是,在十八世纪,和达尔文公布, 蜂巢的正六边形"的理想经济的劳动力和蜡"的。

达尔文认为自然选择了蜜蜂的本能建设蜡细胞,其中有一个明显的优势:它们需要花费较少时间和精力要比在其它单元的形式。 虽然它看来,蜜蜂拥有特殊能力方面的测量角度和厚度的墙,意见的科学家之间在多大程度上昆虫它们被使用而变化,因为集群的六角形出现的在性质上相当频繁。

如果你吹气泡在水面以控制他们在一起,他们将采取的形式是六角形或至少接近。

你将永远不会看到大会广场泡沫:即使四面墙都接触,他们立即重建,在设计与三个侧面,在它们之间关于平等的角度为120度—东西就像一个中心徽号的梅赛德斯.

显然,没有生物体,将工作在这些粘的气泡,像蜜蜂过蜂巢的。 该图形成专门的物理定律。 同样清楚的是,这些法律具有一定的偏好:例如,倾向于一个三角形的连接的墙壁的气泡。 同样的事情发生的泡沫,这是复杂的结构。

如果你吹通过草入肥皂水和创造一个"山区"的气泡的三维空间,你可以看到,他们的墙壁是在接触始终提供的四方联盟和交叉的隔膜是在一个角度约为109度的角度直接相关的四面体。






什么确定的形式泡沫和形成"福克斯"肥皂墙? 自然还是更加关注保存于蜂。 肥皂泡和电影包括水(和层的肥皂分子)和表面张力压缩液体表面,以便它占用最小的区域。 因此,滴雨在秋天采取的形式接近球:该领域具有最小的面积相比其他形状的相同体积。 上蜡叶水滴是压缩成的小珠出于同样的原因。

表面张力的解释形成气泡或泡沫塑料。 泡沫致力于这样的设计,其中的总表面张力将是微乎其微,因此,最少应当与该区域的肥皂膜。 但配置的壁的泡沫应该是持久的观点的机制:紧张不同的方向在"十字路口"应该是完美的平衡(在同样的原则适当的平衡,在建筑的墙壁上的大教堂). 三方式连接在膜泡沫,四面泡沫组合,实现这种平衡。

但是那些认为(也有这样),蜂窝只是丰富的冷冻气泡的热蜡,它将难以解释如何在同一个六角形细胞是从获得的纸张黄蜂,它是建筑用的不蜡和肿块的咀嚼了木材纤维和茎,从他们作出了种类型的纸张。 此外,表面张力在这里不会发挥作用,但也清楚,不同类型的操作系统,不同的与生俱来的本能,在建筑的决定:它们可以有很大的不同。

虽然几何的接头墙壁的泡沫的决定通过相互作用的机械部队,这是毫无意义来看对于一个在暗示什么形式,应当接受泡沫。 经常泡沫中含有一个多层面的要素的不同形状和大小。 仔细看,你将看到他们的墙壁是不完美的直线:他们是稍微弯曲的。 因为 较小的气泡,更高的气体的压力,墙上的小泡泡下向大会稍微鼓起向前的。 此外,一些元素的五个面孔,其他六个,有的只有四个或只有三个。 有一点灵活性的墙,所有这些形状可以形成四个片面化合物类似的成的tetrahedron,这是必要的机械稳定性。 这样形状的气泡可能有所不同。 虽然泡沫可以研究使用的规则的几何形状,在其核心,这是非常混乱。

假设你可以让"完美的"泡沫在其所有气泡的大小相同。 什么应该是他们的理想形式,向总面积的墙壁是最低的,但在需求角的交叉点都遇到了吗? 这个问题已经讨论了很多年,并且长期以来一直认为,理想的形式是chetyrnadcatiletnii c场和六角形的面孔。 然而,在1993年开设更多一点的经济,但小序结构组成的重复的组八个不同的形式。

这种更复杂的模式被用来作为灵感的Prepodobnogo设计水体育场为2008年奥运会在北京举行。




建设国家游泳中心在北京

 

规则运行的用于泡沫也可以归因于其他模式中发现的生物体。 不只化合物的眼睛的苍蝇都是由的团体的六角形细胞中的类似团体的泡;仍然感光细胞在每个这些细胞的收集,在群集的四个,其中再次让人联想到肥皂泡。 即使在这种情况下苍蝇突变体,在这种细胞是更多的可以说什么,他们的组织或多或少相同的行为泡影。

由于表面张力的一个肥皂膜跨越线环伸直作为一个弹性的目的蹦床。 但是,如果丝框架弯曲、电影也会抛出优雅的轮廓,即自动将告诉您的最经济的观点来看的材料利用率的方法涂层空间,封闭与一个框架。 因此,建筑师可以看到如何建立一个屋顶建筑的复杂的结构,花费最小的材料。 无论如何,这不仅仅是经济的这些所谓的最小面,但在她们的美丽和优雅的;这就是为什么建筑师喜欢弗雷*奥托,用他们作为灵感的作品。

这些表面尽量减少不仅区域,但也曲率。 越陡曲线,更大的曲度。 它可以是正面的(突起)或负面的(腔或波谷)。 平均曲弯曲表面将为零,如果正面和负面曲度相互平衡。 因此,薄片,可复盖弯曲和曲率平均较低。 这一最小的弯曲表面的削减空间整洁的迷宫的走廊和通道网络。




弗雷*奥托,奥林匹克体育场在慕尼黑©工作室弗雷*奥托Warmbronn

 

这种现象被称为 周期性最小面 ("周期性"简单地意味着,这种结构是重复又重复;换句话说,这是一个不变的顺序)。 当这种序列被发现在十九世纪,他们似乎只是一个数学好奇心。 但现在我们知道,自然可以从中受益。

细胞生物的不同物种,从植物七鳃鳗或老鼠,有膜类似的微观结构。 没有人知道他们为什么需要的,但它们是如此普遍,这是合乎逻辑的假设,它们执行一些有用功能。 也许他们单独一个生化过程中从另一,废除它们的相互影响。 或许他们只是有效地作为一个"工作表",因为许多生化过程发生在该膜在哪里酶和其他活动分子。 无论这些迷宫,你不需要一个复杂的基因的说明他们的建设:法律的理会为你做的一切。

一些蝴蝶 如phengaris马蒂拉,在翅膀有鳞片,这是一个整洁的迷宫中的坚韧的材料—几丁质、形式形成的某些周期性最小的面称为gyroid的。 之间的相互作用上的不规则的鳞片表面的翅膀导致这一事实,即波一定长度的—也就是说,某些颜色中消失,而其他人相互加强。 这个机制影响的色昆虫。

骨骼的海胆Cidaris藿香 孔组单元的形式,另一个周期性最小面。 这是一个外壳以外的软体组织中的,保护壳,其增长看似危险的刺自同一矿物进的组成粉笔和大理石。 开放格结构表示材料经久耐用,但不沉重,作为发泡金属的使用的飞机大楼。






创建一个有序的结构,从固体顽固的矿物,显然这些生物做一个模拟软弯曲膜再结晶的固体物质内的一个相互贯通的网络。

其他生物可能使用的矿物质的泡沫用于更复杂的任务。 从它们建立设计-"网格",其中,作为镜子可以直接光,由于其反映从地形。 网络空微观的渠道,蜂窝,几丁质毛非凡的海洋蜗(海鼠)事实证明这些volosataya结构中自然光学纤维、可折射光,使得对颜色的物质可以从红色,蓝绿色取决于照明方向。 颜色的改变有助于吓跑的食肉动物。

这一原则是使用软组织和细胞膜的布局形成一个有序的矿物的外骨骼被广泛地分布在各个海洋的生活。 一些 海绵 有一个外骨骼的由矿物核心连接的原则,"网"上游乐场,而他们是非常让人联想到的形状,其形成在冲突的肥皂泡泡沫,并且不可能以谈谈的巧合,因为架构规定的表面张力。

一个类似的过程称为生物矿化作用,产生一个壮观的结果在这样的海洋生物体作为 一个pod和硅藻的。 他们中的一些排列整齐的外骨骼,包括矿物细胞形式的六角形和五角形的:他们可以被称为海洋的梳子。

 

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当德国科学家(和有才华的艺术家)恩斯特*海克尔第一次看到这些形式在显微镜在十九世纪末期,他提出了他们的主要装饰品自己收藏的图称为"美丽的形式在性质",这极大地影响了艺术家的二十世纪初仍然钦佩。 对海克尔,这样的设计是一个证明的 根本性的创造性优先秩序和模式嵌入在非常自然规律的。

即使今天,我们不同意这个理论的,也有一些是在这个信念,海克尔在这 便是抑制不住的冲动所生活的世界,我们可以考虑它的美丽.出版

 

作者:在辛菲罗波塞梅

 



资料来源:theoryandpractice.ru/posts/15216-pchelinaya-ekonomiya-pochemu-priroda-predpochitaet-shestiugolniki

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