正文 第15章 變臉大王——幾何(2)(1 / 2)

最會“計算”的建築專家

蜂窩是用六角形排列而成。而六角形密合度最高、所需材料最簡單、可使用空間最大,其結構致密,各方受力大小均等,且容易將受力分散,所能承受的衝擊也比其他結構大。所以在眾多形狀中六角形是最“完美”的。我們無法猜到蜜蜂到底是怎麼想的,但無疑達到了使用最少的材料製作盡可能寬敞的空間的目標。如果蜂巢呈圓形或八角形,會出現空隙,如果是三角形或四角形,麵積就會減小。

不可思議的“巢框”

工蜂在巢房中哺育幼蟲,貯藏蜂蜜和花粉,蜂巢形成9-14度左右的角度,以防止蜂蜜流出。蜜蜂的生態和蜂巢的結構真是讓人吃驚,可以說是自然界的鬼斧神工。可見,且不說仍不為人熟知的蜜蜂世界,僅從蜂巢來看,就可知在自然創造性方麵人類智慧是遠不及它們的。蜜蜂作為具有優良社會性的昆蟲,從比人類曆史更悠久的過去一直生存至今、繁衍生息,並為我們帶來了蜂蜜、蜂王漿、蜂膠、花粉以及蜂蠟等許許多多的恩惠。在製作巢框的過程中,蜜蜂的創造性和不可思議之處讓我們陷入深思。

全世界的蜜蜂都知道

蜜蜂的蜂窩構造非常精巧、適用而且節省材料。蜂房由無數個大小相同的房孔組成,房孔都是正六角形,每個房孔都被其他房孔包圍,兩個房孔之間隻隔著一堵蠟製的牆。令人驚訝的是,房孔的底既不是平的,也不是圓的,而是尖的。這個底是由三個完全相同的菱形組成。有人測量過菱形的角度,兩個鈍角都是109°,而兩個銳角都是70°。令人叫絕的是,世界上所有蜜蜂的蜂窩都是按照這個統一的角度和模式建造的。

蜂房的結構引起了科學家們的極大興趣。經過對蜂房的深入研究,科學家們驚奇地發現,相鄰的房孔共用一堵牆和一個孔底,非常節省建築材料;房孔是正六邊形,蜜蜂的身體基本上是圓柱形,蜂在房孔內既不會有多餘的空間又不感到狹窄。

大自然——數學世界的礦山

數學與自然界之間的聯係是多彩又緊密的。來自不同數學領域的對象和形狀出現在許多自然現象中,許多自然現象又需要用數學來進行解釋。正如約瑟夫·傅裏葉所說:“對自然界的深刻研究是數學發現的最豐富來源。”

為什麼生物都喜歡螺旋線

大約在2000多年以前,古希臘數學和力學家阿基米德在他的著作《論螺線》中就對平麵等距螺線的幾何性質作了詳盡的討論。人們稱之為“阿基米德螺線”,後來數學家們又發現了對數螺線、雙曲螺線、圓柱螺線、圓錐螺線等。

奇妙的螺旋線

螺旋線是一種很奇妙的線,同角一樣,無論你把它放大或是縮小,它的形狀都不會改變。大自然界中,我們經常可以看到它美麗的身影。最典型的螺旋線當然是陸上的螺絲或海裏的各種海螺,它們是螺旋線的正宗“粉絲”,姓名裏就帶一個“螺”字,而且它們的殼全都是螺旋形的。

大自然給予的“螺旋基因”

牽牛花藤喜歡向右旋轉著往上攀爬,這種右旋,數學上稱之為順時針旋轉。大部分呈螺旋狀上爬的植物是右旋的,少數植物是“左撇子”,比如五味子的藤蔓就是左旋而上。還有很少數的植物“左右開弓”,沒有定勢。比如葡萄卷住架子攀爬時,它的卷須就是忽左忽右,沒什麼規律。

向日葵籽以螺旋形狀排列在它的花盤上;車前子的葉片不但呈螺旋線狀排列,而且其間的夾角為137°30′,隻有這樣,每片葉子才可能得到最多的陽光,有利於良好地通風。

牛角和蝸牛殼更奇妙,它們增生組織的幾何順序,竟然是標準的對數螺旋線。這兩種動物的殼一部分是舊的,一部分是新的。新的部分長在舊的部分上,新增生出來的每一部分,都是嚴格地按照原先已有的對數螺旋結構增生,從不改變,形成對數螺旋的形狀。

會動的螺旋線

在生活中,我們不隻可以看到凝固的螺旋線,還可以觀察到動感的螺旋線。