تظهر الأنماط أو الأنماط الهندسية الطبيعية كأشكال متكررة يمكن أحيانًا وصفها أو تمثيلها بواسطة النماذج الرياضية.
تأتي الهندسة في الطبيعة والحياة بأشكال وأشكال عديدة ، مثل التناظر أو اللوالب أو الأمواج.
التاريخ
لأول مرة ، تناول الفلاسفة والعلماء اليونانيون القدماء - فيثاغورس وإمبيدوكليس وأفلاطون - أسئلة الهندسة في الطبيعة. من خلال تحليل أمثلة الأشكال الهندسية التي يمكن التنبؤ بها أو المثالية في النباتات والحيوانات ، حاولوا إظهار النظام والتماثل في الطبيعة.
بدأت المحاولات الحديثة لدراسة الهندسة في الطبيعة في القرن التاسع عشر بجهود الفيزيائي البلجيكي جوزيف بلاتو ، الذي طور مفهوم الحد الأدنى لسطح فقاعة الصابون. ركزت المحاولات الحديثة الأولى أولاً على إظهار الأشكال الهندسية المثالية والمتوقعة ، ثم تحولت إلى تطوير النماذج التي تتنبأ بمظهر ومظهر الهندسة في الطبيعة.
في القرن العشرين ، عمل عالم الرياضيات آلان تورينج على آليات التشكل ، وهو ما يفسر المظهر في الحيواناتأنماط مختلفة ، والمشارب ، والبقع. بعد ذلك بقليل ، سيكمل عالم الأحياء أريستيد ليندنماير ، مع عالم الرياضيات بينوا ماندلبروت ، العمل على الفركتلات الرياضية التي كررت أنماط نمو بعض النباتات ، بما في ذلك الأشجار.
علم
العلوم الحديثة (الرياضيات والفيزياء والكيمياء) ، بمساعدة التقنيات والنماذج ، حاول ليس فقط الشرح ، ولكن أيضًا للتنبؤ بالأنماط الهندسية الموجودة في الطبيعة.
شكل ولون العديد من الكائنات الحية ، مثل الطاووس والطيور الطنانة وأصداف البحر ، ليست جميلة فحسب ، ولكنها أيضًا صحيحة هندسيًا ، مما يجذب فضول العلماء. يمكن أن يكون سبب الجمال الذي نلاحظه في الطبيعة طبيعيًا رياضيًا.
يتم شرح الأنماط الطبيعية المرصودة في الرياضيات من خلال نظرية الفوضى ، والتي تعمل مع اللوالب والفركتلات. مثل هذه الأنماط تخضع لقوانين الفيزياء ، بالإضافة إلى الفيزياء والكيمياء ، باستخدام الرياضيات المجردة ، تتنبأ بأشكال البلورات ، الطبيعية منها والاصطناعية.
علم الأحياء يشرح الهندسة في الطبيعة عن طريق الانتقاء الطبيعي ، حيث يمكن تفسير الخصائص العادية مثل الخطوط والبقع والألوان الزاهية بالحاجة إلى إخفاء أو إرسال إشارات.
أنواع الأنماط
في الطبيعة ، هناك العديد من الأنماط المتكررة التي تظهر بأشكال هندسية مختلفة. يمكن العثور أدناه على أنواع القواعد الأساسية للهندسة في الطبيعة والصور وأوصافها.
التماثل. هذا الشكل الهندسي هو أحد الأشكال الأكثر شيوعًا في الطبيعة. الأكثر شيوعًا في الحيواناتتناظر المرآة - الفراشات والخنافس والنمور والبوم. يوجد أيضًا في النباتات ، مثل أوراق القيقب أو زهور الأوركيد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون الهندسة المتماثلة في الطبيعة نصف قطرية أو خماسية أو ستة أضعاف ، مثل رقاقات الثلج.
كسورية. في الرياضيات ، هذه هياكل متشابهة ذاتيًا لا حصر لها. في الطبيعة ، من المستحيل اكتشاف مثل هذا الشكل المتكرر ذاتيًا اللانهائي ، لذلك تسمى تقريبات الأنماط الكسورية بالفركتلات الهندسية في الطبيعة. يمكن ملاحظة هذه الهندسة في الطبيعة في أوراق السرخس والبروكلي وفاكهة الأناناس.
اللوالب. هذه الأشكال شائعة بشكل خاص بين الرخويات والقواقع. يلاحظ العلماء الأشكال الحلزونية في الفضاء ، على سبيل المثال ، المجرات الحلزونية. يسمى اللولب النسبة الذهبية لفيبوناتشي.
تعرجات. تتجلى عشوائية الأنظمة الديناميكية في الرياضيات في الطبيعة في أشكال مثل التعرجات والتدفقات. تأخذ الهندسة الطبيعية شكل خط مكسور أو منحني إلى حد ما ، مثل تدفق النهر.
موجات. وهي ناتجة عن اضطرابات وحركات الهواء وتيارات الرياح المنتشرة عبر الهواء والماء. في الطبيعة ، هذه ليست فقط أمواج بحر ، ولكن أيضًا كثبان صحراوية ، والتي يمكن أن تشكل أشكالًا هندسية - خطوط ، وأهلة ، وقطوع مكافئة.
فسيفساء. تم إنشاؤها عن طريق تكرار نفس العناصر على السطح. توجد هندسة الفسيفساء في الحياة البرية في النحل: يبنونخلية من أقراص العسل - تكرار الخلايا.
تشكيل الأنماط
في علم الأحياء ، يرجع تكوين اللون الهندسي إلى عملية الانتقاء الطبيعي. في منتصف القرن العشرين ، تمكن آلان تورينج من وصف آلية ظهور البقع والخطوط في لون الحيوانات - أطلق عليها نموذج التفاعل والانتشار. تحتوي بعض خلايا الجسم على جينات تتحكم فيها التفاعلات الكيميائية. يؤدي المورفوجين إلى تكوين مناطق الجلد ذات الصبغة الداكنة (البقع والخطوط). إذا كان المورفوجين موجودًا في جميع خلايا الجلد - يتم الحصول على لون النمر ، وإذا كان موجودًا بشكل غير متساوٍ - النمر المرقط المعتاد.
