Perché la natura preferisce gli esagoni

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Mag 302016
 

Link origine : http://nautil.us/issue/35/boundaries/why-nature-prefers-hexagons

Come fanno le api? I nidi d’ape in cui conservano il loro nettare ambrato sono meraviglie della meccanica di precisione, una matrice di celle a forma di prisma con una sezione perfettamente esagonale. Le pareti di cera sono realizzati con uno spessore molto preciso, le celle sono leggermente inclinati rispetto all’orizzontale per evitare il miele viscoso esaurisca, e l’intero pettine è allineato con il campo magnetico terrestre (In natura le api costruiscono i favi in serie parallele secondo una direzione costante, questo modo di costruire sembra per l’influenza del campo magnetico terrestre). Eppure questa struttura è realizzata senza alcun modello o lungimiranza, da molte api che lavorano contemporaneamente e in qualche modo coordinare i loro sforzi per evitare le celle non corrispondenti.

L’antico filosofo greco Pappo di Alessandria ritiene che le api devono essere dotate di “una certa preveggenza geometrica.” E chi avrebbe potuto dare loro questa saggezza, se non Dio? Secondo William Kirby nel 1852, le api sono “dei matematici istruiti dal paradiso” Charles Darwin non era così sicuro, e lui ha condotto esperimenti per stabilire se le api sono in grado di costruire favi perfetti utilizzando nient’altro che istinto evoluti e ereditari, come la sua teoria della evoluzione implicherebbe.

FORZE IN CAMPO: Api sembrano aver sviluppato le capacità per fare le celle perfettamente esagonali dalla cera morbida che secernono. Tuttavia, alcuni ricercatori ritengono che la tensione superficiale della cera morbida potrebbe essere sufficiente per tirare le celle nella loro forma, nello stesso modo in cui organizzano le bolle.

Perché esagoni, però? E ‘una semplice questione di geometria. Se si vuole unire in un insieme le celle che sono identici per forma e dimensione in modo che riempiano tutte un piano piatto, solo tre forme regolari (con tutti i lati e angoli uguali) funzionerà: triangoli equilateri, quadrati ed esagoni. Di questi, celle esagonali richiedono la lunghezza totale di almeno un lato della parete, rispetto ai triangoli o quadrati della stessa zona. Quindi ha senso che le api sceglierebbero esagoni, dal momento che produrre la cera costa loro energia, e che vorranno utilizzare meno cera possibile, proprio come costruttori potrebbe desiderare di risparmiare sul costo dei mattoni. Questo è stato compreso nel 18° secolo, e Darwin ha dichiarato che il nido d’ape esagonale è “assolutamente perfetto per economizzare il lavoro e la cera.”

Darwin pensava che la selezione naturale aveva dotato le api con istinto per fare queste camere di cera, che aveva il vantaggio di richiedere meno energia e tempo rispetto a quelli con altre forme. Ma anche se le api sembrano possedere competenze specialistiche per misurare gli angoli e lo spessore della parete, non tutti sono d’accordo su quanto devono contare su di loro. Ecco perché realizzare le matrici esagonali delle celle è qualcosa che la natura fa comunque.

MONTAGGIO IN: Un solo strato o “zattera” di bollicine contiene bolle per lo più esagonali, anche se non tutti esagoni perfetti. Ci sono alcune bolle “difettose” con forse cinque o sette lati. Tuttavia, tutte le giunzioni delle pareti bolla sono tre, si intersecano ad angoli che sono vicino a 120 gradi.

Se si soffia uno strato di bolle sulla superficie dell’acqua in una cosiddetta “bolla zattera” le bolle diventano esagonali, o quasi. Non troverete mai una serie di bolle quadrate: se quattro mura di bolla si incontrano, esse immediatamente si riorganizzare in giunzioni a tre pareti con angoli più o meno uguali di 120 gradi tra di loro, come il centro del simbolo della Mercedes-Benz.

Evidentemente non ci sono agenti che modellano queste zattere come fanno le api con i loro pettini. Tutto ciò che è guidare il modello sono le leggi della fisica. Tali leggi hanno evidentemente preferenze definite, quali la polarizzazione verso giunzioni a tre vie delle pareti bolla. Lo stesso vale per schiume più complicate. Se si accumulano bolle in tre dimensioni soffiando con una cannuccia in una ciotola di acqua e sapone si vedrà che quando le pareti bolla si incontrano in un vertice, è sempre una unione a quattro vie con angoli tra le pellicole che si intersecano o meno pari a circa 109 gradi-un angolo relativo al tetraedro geometrica a quattro sfaccettato.

Vista a Bolle: Gli occhi composti degli insetti sono raggruppati in esagonale, proprio come le bolle di una bolla il rafting anche se, in effetti, ciascuna sfaccettatura è una lente collegato ad un lungo e sottile, cellule, retina sotto. Le strutture che si formano da grappoli di cellule biologiche hanno spesso forme disciplinati da più o meno le stesse regole schiume e zattere a bolla esempio, solo tre pareti cellulari si incontrano in ogni vertice. La struttura microscopica delle sfaccettature degli occhi di una mosca al di là di ciò che è visibile qui fornisce uno dei migliori esempi. Ogni faccia contiene un gruppo di quattro celle fotosensibili che hanno la stessa forma come un gruppo di quattro bolle ordinarie.

Che cosa determina queste regole di giunzioni tra le pellicole di sapone e le forme delle bolle? La natura è ancora più preoccupata per economizzare per quanto lo sono le api. Bolle e pellicole di sapone sono in acqua (lamine saponose) e la tensione superficiale tira la superficie del liquido per dare come piccola area possibile. Ecco perché gocce di pioggia sono sferici (più o meno) che cadono: Una sfera ha meno superficie di qualsiasi altra forma con lo stesso volume. Su una foglia ceroso, goccioline d’acqua rientrano nelle perline per lo stesso motivo.

Questa tensione superficiale spiega i modelli di “bolla a zattera”. La schiuma cercherà di trovare la struttura che ha la tensione superficiale totale più basso, il che significa meno area per la lamina saponosa. Ma la configurazione delle pareti bolla deve anche essere meccanicamente stabile: I rimorchiatori in giunzione da direzioni diverse si devono bilanciare perfettamente, proprio come le forze devono essere equilibrate nelle pareti di una cattedrale se l’edificio deve mantenersi su. La giunzione a tre vie in una zattera bolla, e le quattro vie giunzioni in poliuretano, sono le configurazioni per raggiungere questo equilibrio.

Ma chi pensa (come fanno alcuni) che il nido d’ape è solo una “zattera bolla” solidificata di cera molle potrebbe avere difficoltà a spiegare come la stessa matrice esagonale di cellule si trova nei nidi di vespe di carta, che non costruiscono con la cera, ma masticando ed impastando mazzette di legno fibroso e gli steli centrali, da cui fanno un tipo di carta. Non solo è possibile che la tensione superficiale hanno scarso effetto qui, ma sembra anche chiaro che i diversi tipi di vespa hanno differenti istinti ereditati per i loro progetti architettonici, che possono variare in modo significativo da una specie all’altra.

PLASMARE UN GOCCIOLINA: Quando l’acqua si siede su una superficie idrorepellente, si può rompere in goccioline. Le forme di queste gocce sono regolate dalla tensione superficiale, che lo tira in forme approssimativamente sferica, così come per gravità (che appiattire una goccia su una superficie orizzontale) e le forze che agiscono tra l’acqua e la superficie solida sottostante. Se queste ultime forze sono abbastanza forti, le goccioline sono tirati in “lentine”. E se la superficie non è fortemente idrorepellente, le goccioline si possono spargere lungo tutta la pellicola liscia.

Anche se la geometria delle giunzioni tra le pellicole si sapone è dettata da questa interazione di forze meccaniche, che non ci dice quale sarà la forma della schiuma. Una schiuma tipica contiene cellule poliedriche di varie forme e dimensioni diverse. Guardare da vicino e vedrete che i loro bordi raramente sono perfettamente dritto; sono un po ‘curvo. Questo perché la pressione del gas all’interno di una cella o bolla diventa più grande quando la bolla si riduce, per cui la parete di una piccola bolla accanto ad una più grande sarà rigonfiamento leggermente verso l’esterno. Cosa c’è di più, alcuni aspetti sono di cinque lati, altri sei, e alcuni solo quattro o anche tre. Con un po flessione delle pareti, tutte queste forme può acquisire giunzioni a quattro vie vicino alla disposizione “tetraedrica” ​​necessario per la stabilità meccanica. Quindi c’è un bel po ‘di flessibilità (letteralmente) nelle forme delle cellule. Schiume, mentre è soggetto a regole geometriche, sono piuttosto disordinata.

Supponiamo che si potrebbe fare una schiuma “perfetto” in cui tutte le bolle sono della stessa dimensione. Qual è allora la forma delle cellule ideale che rende la superficie della parete della bolla totale più piccolo possibile, pur rispettando le richieste degli angoli alla giunzioni? Che è stato dibattuto per molti anni, e per molto tempo si è pensato che la forma delle cellule ideale era un poliedro 14 lati con facce quadrate e esagonali. Ma nel 1993 leggermente più economico, anche se meno ordinato-struttura è stato scoperto, che consiste di un gruppo ripetuto di otto forme di cellule differenti. Questo modello più complesso è stato utilizzato come ispirazione per la progettazione di schiuma-like dello stadio di nuoto dei Giochi Olimpici del 2008 a Pechino.

Le regole di forme cellulari in schiume controllano anche alcuni dei modelli visti nelle cellule viventi. Non solo occhio composto di una mosca mostrare lo stesso formato esagonale di sfaccettature come una “zattera bolla”, ma le cellule sensibili alla luce all’interno di ciascuna delle singole lenti sono anche raggruppati in gruppi di quattro che sembrano proprio come le bolle di sapone. In mosche mutanti con più di quattro di queste cellule per gruppo, gli arrangiamenti sono anche più o meno identiche a quelle che avrebbe adottato le bolle.

FARE USO DI BOLLE: Bolle e schiume sono messi da utilizzare in natura. Qui la lumaca viola comune pende sulla superficie del mare da una zattera galleggiante fatto di bolle rivestiti con muco. In questo modo la lumaca di nutrirsi di piccole creature che vivono sulla superficie dell’acqua.

A causa della tensione superficiale, una pellicola di sapone che si estende attraverso un cappio di filo è tirato piatta come la membrana elastica di un trampolino. Se il telaio di filo è piegato, il film si piega anche con un elegante profilo che indica automaticamente il modo più economico, in termini di materiale, di coprire lo spazio racchiuso dalla cornice. Che può mostrare un architetto come fare un tetto di una struttura complicata utilizzando la minor quantità di materiale. Tuttavia, è tanto per la bellezza e l’eleganza di queste cosiddette “superfici minime”, come a causa della loro economia che architetti come Frei Otto le hanno usato nei loro edifici.

Queste superfici minimizzare non solo la loro superficie, ma anche la loro curvatura totale. La stretta curva, maggiore è la curvatura. Curvatura può essere positivo (rigonfiamenti) o negativa (avvallamenti, depressioni, e selle). Una superficie curva può quindi avere zero curvatura media fintanto che gli aspetti positivi e negativi si annullano a vicenda.

Quindi, un foglio può essere piena di curvatura e hanno ancora molto poco o addirittura nessun curvatura media. Tale superficie minimamente curvo può suddividere lo spazio in un labirinto ordinata di passaggi e canali-rete. Questi sono chiamati superfici minime periodiche. (Periodico significa solo una struttura che si ripete identico ancora e ancora, o in altre parole, uno schema regolare.) Quando tali modelli sono stati scoperti nel 19° secolo, sembravano essere solo una curiosità matematica. Ma ora sappiamo che la natura fa uso di essi.

Le cellule di molti diversi tipi di organismi, dalle lamprede ai ratti, contenere membrane con strutture microscopiche come questo. Nessuno sa che cosa sono per, ma sono così diffusa che è giusto presumere che hanno una sorta di ruolo utile. Forse isolare un processo biochimico da un altro, evitando interferenze e le interferenze. O forse sono solo un modo efficace di creare un sacco di “piano di lavoro”, dal momento che molti processi biochimici avvengono nella superficie delle membrane, in cui gli enzimi e altre molecole attive possono essere incorporati. Qualunque sia la sua funzione, non si necessita di istruzioni genetiche complicate per creare un tale labirinto: Le leggi della fisica lo farà per voi.

Alcune farfalle, come la Lepidoptera verde europea e la Parides sesostris, hanno squame nell’ala contenenti un labirinto ordinato del materiale duro chiamato chitina, a forma di una particolare superficie minima periodica chiamato gyroid. Interferenza tra onde di luce che rimbalzano array regolari di creste e altre strutture sulla superficie dell’ala scala fa sì che alcune lunghezze d’onda, cioè, alcuni colori a scomparire, mentre altri si rafforzano a vicenda. Quindi, ecco i modelli offrono un mezzo per produrre il colore degli animali.

MINERALE MESH: La filigrana scheletri porosi di spugne, come il cesto di fiori di questa Venere, sono forme di “schiuma congelata”, in cui un minerale è gettato intorno alle giunzioni e le intersezioni di tessuti molli (come nelle lamine saponose).

Lo scheletro del riccio di mare Rugosa Cidaris è una maglia porosa con la forma di un altro tipo di superficie minima periodica. In realtà è un esoscheletro, seduti fuori dei tessuti molli dell’organismo, un guscio protettivo che germoglia spine pericolose dall’aspetto fatto dallo stesso minerale come il gesso e marmo. La struttura reticolare aperta significa che il materiale è forte senza essere troppo pesante, simile alle schiume metalliche utilizzate per la costruzione di aeromobili.

Per rendere le reti ordinato dal disco, minerali rigido, questi organismi a quanto pare fanno uno stampo da morbide, membrane flessibili e quindi cristallizzare il materiale duro all’interno di una delle reti compenetrano. Le altre creature possono lanciare schiume minerali ordinati in questo modo per scopi più sofisticati. A causa del modo in cui luce rimbalza gli elementi della struttura fantasia, tali tralicci possono agire un po ‘come specchi per confinare e la luce guida. Una disposizione a nido d’ape di canali microscopici vuoti all’interno delle spine chitina di un verme marino peculiare noto come il mouse mare trasforma queste strutture filiformi in fibre ottiche naturali che possono incanalare luce, rendendo il cambiamento creatura dal rosso al verde bluastro seconda direzione l’illuminazione. Questo cambiamento di colore potrebbe servire a scoraggiare i predatori.

Questo principio di utilizzare tessuti molli e delle membrane come stampi per la formazione di esoscheletri minerali fantasia è ampiamente usato nel mare. Alcune spugne hanno esoscheletri fatti di barre di minerali legati come strutture per l’arrampicata, che sembrano molto simili ai modelli formate dai bordi e incroci di pellicole di sapone in schiuma non a caso, se la tensione superficiale impone l’architettura.

Tali processi, noti come bio-mineralizzazione, generano risultati spettacolari in organismi marini chiamati radiolari e diatomee. Alcuni di questi hanno esoscheletri delicatamente fantasia a base di una rete di esagoni e pentagoni minerali: Si potrebbe chiamare loro i favi del mare. Quando il biologo tedesco (e artista di talento) Ernst Haeckel ha visto prima le loro forme in un microscopio nel tardo 19° secolo, ha fatto loro l’attrazione principale di un portafoglio di disegni chiamati Forme d’arte in natura , che erano molto influente tra artisti del primo 20° secolo e ancora ispirano ammirazione oggi. Per Haeckel, sembravano offrire la prova di una creatività fondamentale e arte nel mondo naturale, una preferenza per l’ordine e la struttura costruita sulle stesse leggi della natura. Anche se noi non sottoscriviamo tale nozione ora, c’è qualcosa nella convinzione di Haeckel che i modelli sono un impulso irrefrenabile del mondo naturale, la bellezza che abbiamo tutto il diritto di trovare.

Philip Ball è l’autore di invisibile: Il fascino pericoloso dell’Invisibile e molti libri sulla scienza e l’arte.

Ristampato con il permesso di Reticoli in natura: perché il mondo naturale ha assunto l’aspetto che fa , da Philip Ball, pubblicato da The University of Chicago Press. © 2016 da Marshall Editions. Tutti i diritti riservati.

Link Origine : http://nautil.us/issue/35/boundaries/why-nature-prefers-hexagons
Tradotto con Google (traduzione rivisitata)

 

Conclusioni

L’articolo è molto interessante e per questo ho deciso di tradurlo e pubblicarlo.
Credo che alla fine le api, vespe costruiscano le celle esagonali per 2 fondamentali motivi :

Gravitazionale

Gli esagoni avendo solo 3 punti di appoggio sulle pareti, rispettano l’equilibrio di minima energia osservato anche nelle lamine saponose.

I ritrovamenti negli scavi di Pompei ed Ercolano, hanno portato alla luce dei tavolini a 3 gambe (Tripodi) potevano infatti essere utilizzati all’aperto su qualunque fondo dissestato, il tripode rimarrà sempre in equilibrio (a differenza di un tavolo a 4 gambe magari usati per gli interni).
Un tavolino a 3 gambe non traballerà MAI.

ErcolanoF16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energetico

I favi degli alveari vengono costruiti orientandoli verso il campo magnetico terrestre per intercettare/rallentare l’energia vitale proveniente dal sole all’interno degli esagoni ed aiutare/accelerare la crescita delle larve (periodo di sviluppo di 21 Giorni).

Da Consultare anche :
Esagono Solare : https://www.fortunadrago.it/infinite-energy/esagono-solare/
Apis Mellifera : https://www.fortunadrago.it/4258/apis-mellifera-ape-mielifera/
Geometria : https://www.fortunadrago.it/etere/geometria/

L’evoluzione degli insetti data almeno dal periodo Devoniano, epoca a cui risale il più antico fossile di insetto rinvenuto, Rhyniognatha hirsti, la cui età è stimata fra i 407 e i 396 milioni di anni fa.
Sono creature che sono più vicine di noi all’energia vitale.

Da consultare Kirlian Camera : https://www.fortunadrago.it/3729/kirlian-camera/

La costruzione comincia a partire da una base a forma di cuspide con tre losanghe inclinate di 109°28' , su cui le api premendo contemporaneamente ai lati innalzano le pareti cellulari a forma esagonale,con un inclinazione tra i 9 e 13 gradi, sufficiente a impedire il deflusso del miele liquido immagazzinato nelle celle.

La costruzione comincia a partire da una base a forma di cuspide con tre losanghe inclinate di 109°28′ , su cui le api premendo contemporaneamente ai lati innalzano le pareti cellulari a forma esagonale,con un inclinazione tra i 9 e 13 gradi, sufficiente a impedire il deflusso del miele liquido immagazzinato nelle celle.

Nella costruzione, regolare delle celle, le api percepiscono il campo gravitazionale e il campo magnetico terrestre. In natura le api costruiscono i favi in serie parallele secondo una direzione costante, questo modo di costruire sembra per l'influenza del campo magnetico terrestre.

Nella costruzione, regolare delle celle, le api percepiscono il campo gravitazionale e il campo magnetico terrestre. In natura le api costruiscono i favi in serie parallele secondo una direzione costante, questo modo di costruire sembra per l’influenza del campo magnetico terrestre.

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