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        植物的幾何之美

        2022-05-21 01:11:52潤語
        奧秘(創(chuàng)新大賽) 2022年4期
        關鍵詞:那契右旋螺旋線

        ●潤語 編

        幾何,一個精妙的概念,蘊含著數學之美,揭示著世界的本質。一切與幾何有關的事物總是充滿了神秘的生命力,從簡單的線條中衍生出變幻無窮的圖案。

        在自然界中,植物也正在以有序的“數學語言”來詮釋它們的神秘魅力。植物之美不僅在于顏色好看,它們在花紋排列上也極具數學美感——天然生成的三角形、圓形、卵形及其他各類幾何圖形。這種來自大自然紛繁而復雜的圖案,奇異而令人震驚。

        5個花瓣的雞蛋花

        松果的螺旋線:右旋8,左旋13。

        斐波那契數列

        有些植物的花瓣、萼片、果實的數目以及其他方面的特征,都非常吻合于一個奇特的數列——斐波那契數列:1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……其中,從3開始,每一個數字都是前二項之和。

        自然界中這個數列經常會出現,比如松果、鳳梨螺旋線的排列及梅花、長春花、蘋果花、百合、鳶尾和鴨跖草等花朵的花瓣數,典型的有向日葵花瓣。

        仔細觀察向日葵花盤,兩組螺旋線,一組順時針方向盤繞,另一組則逆時針方向盤繞,并且彼此相嵌。且花瓣往往不會超出34和55、55和89或者89和144這三組數字,每組數字都是斐波那契數列中相鄰的兩個數。

        3個花瓣的鳶尾

        5個花瓣長的春花

        向日葵花序的螺線:右旋34,左旋55。

        生命螺旋線

        科學家在對三葉草、垂柳、睡蓮、常青藤等植物進行了認真觀察和研究之后,發(fā)現植物之所以擁有優(yōu)美的造型,在于它們和特定的“曲線方程”有著密切的關系。

        其中,用來描繪花葉外部輪廓的曲線被稱作“玫瑰形線”,植物的螺旋狀纏繞莖則被取名為“生命螺旋線”。

        牽牛花的藤按逆時針方向右旋盤旋而上

        五味子的藤蔓按順時針方向左旋纏繞生長

        植物中的137.5°

        科學家通過觀察驚奇地發(fā)現,植物的莖葉和果實幾乎都是按照137.5°的模式排列的。這樣植物的莖葉和果實就可以占有最大的空間,以獲取最多的陽光,承接最多的雨水,也最有利于植物的生長。

        如常見的車前草,它們相鄰的兩片葉之間的弧度大小非常接近,都約為137.5°。

        1979年,英國科學家沃格爾用計算機模擬向日葵果實的排列方法,結果發(fā)現只有當發(fā)散角等于137.5°時,花盤上的果實才呈現彼此緊密鑲合、沒有縫隙的兩組反向螺旋線。

        經科學家實驗證明,植物之所以會按照“黃金角”——137.5°排列它們的葉子或果實,是地球磁力場對植物長期影響而造成的。

        植物的這一特性也被應用到建筑上,建筑設計師們參照車前草葉片137.5°排列的模式,設計出新穎的“黃金角”大樓,以求每個房間都有最佳采光、最佳通風、最明亮的良好效果。

        茉莉花瓣曲線

        笛卡兒是法國17世紀著名的數學家,以創(chuàng)立坐標法而享有盛譽。他在研究了花瓣和葉子的曲線特征之后,列出了x3+y3-3axy=0的曲線方程,準確形象地揭示了植物葉子和花朵的形態(tài)所包含的數學規(guī)律。

        這個曲線方程被取名為“笛卡兒葉線”或“葉形線”,又稱作“茉莉花瓣曲線”。如果將參數a的值加以變換,便可描繪出不同葉子或者花瓣的外形圖。

        植物中的幾何之美

        曲線葉植物:菊花;圓形葉植物:銅錢草;菱形葉植物:丁香蓼;寶塔形植物:紫牡丹、冰燈玉露、方塔;放射狀植物:毛氈苔、螺旋蘆薈、寶塔花菜、大麗菊、球蘭、亞馬遜睡蓮。

        毛氈苔

        亞馬遜睡蓮

        大麗菊

        螺旋蘆薈

        曼陀羅

        丁香蓼

        菊花

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