Почему в природе на Земле и не только, так часто встречаются шестиугольные структуры

Шестиугольники в пене /Фото:in.pinterest.com

Самое важное, что стоит знать о такой интересной фигуре это то, что в природе именно она является наиболее прочной и эффективной, очень хорошо адаптированной естественной формой. Именно с её помощью природа часто пытается создать что-то максимально оптимальное и устойчивое. Почему же? Есть множество проявлений шестиугольных форм: снежинки, пчелиные ульи, панцирь черепах, кристаллы, столбы базальта, разные живые и не живые формы. И хотя кажется, что природа создаёт всё достаточно хаотично, она также часто применяет и шестиугольную форму. Ответ на этот вопрос можно найти в физике и геометрии.

Форма шестиугольника самое эффективное использование пространства

Соты /Фото:traveljoy.ru

Главная причина — это максимально экономичное заполнение пространства при использовании подобных форм, именно поэтому они так распространены. Шестиугольники присоединяются друг к другу без как-либо пустот вокруг, в отличие от кругов или треугольников, у которого будут пустые края по итогу. Благодаря этому создаётся максимальная плотность. Самый наглядный пример, конечно же, пчелиные соты. Благодаря этому пчёлы могут хранить большой объём мёда и при этом уменьшить количество воска для стенок.

Без подобной эффективности пропадут все старания пчёл, потому в ульях с мёдом шестиугольники играют ключевую роль. Они создают воск при помощи собственных желез, которые располагаются в их телах, а после смешивают с некоторым количеством мёда и предварительно разжеванной пыльцы. У сот есть две основных функции: в них хранится мёд и также выводится потомство.

Самая удобная фигура /Фото:shoes-web.ru

Вопрос о выборе такой формы волновал ещё философов древности. Паапп Александрийский, греческий мыслитель, начал их изучение ещё 1600 лет назад. И пришёл к выводу о том, что у пчёл особое геометрическое мышление. А сам Чарльз Дарвин уже проводил эксперименты на сотах, пытаясь понять, происходит ли строительство сот на уровне инстинкта, либо это настоящий результат обучения.

Прочность форм

Снежинка /Фото:rmvoz.ru

Фигуры в виде шестиугольников имеют особую прочность и устойчивость своей формы. Если брать в пример молекулярную структуру графита, то в его углеродных атомах также есть шестиугольники, это и придаёт материалу особые механические свойства, такие как легкость и пластичность. Подобные структуры снижают общий потенциал энергии и становятся максимально стабильными.

Есть особый стандарт, когда требуется применить какую-то единую форму, это будет всего три подходящих для этого варианта: квадраты, равносторонние треугольники и шестиугольники. При этом именно шестиугольники потребуют наименьшее количество разделительных перегородок, а это в свою очередь максимально подходит пчелам для экономии воска. Они в высшей степени оптимальны, отмечал Дарвин, придя к выводу, что пчелы всё же обладают некоторым геометрическим мышлением.

Панцирь черепахи тоже из шестиугольников /Фото:istockphoto.com

И всё же они не единственные, кто применяет для себя форму шестиугольника. То же самое касается и панциря черепахи, при его росте именно шестиугольники будут максимально плотно прилегать друг к другу и станут прочной бронёй. А вот для сильно изогнутых форм они не подходят, и в некоторых местах на их панцире можно встретить и неправильные пятиугольники.

Природные структуры формируются по принципу

Шестиугольние кристаллы /Фото:juzaphoto.com

Как возникают подобные формы? В разных физико-химических процессах. Кристаллы со льдом и соль образуют эту форму из-за процесса упорядоченного расположения молекул на кристаллической решетке. Каждая снежинка уникальна, с этим не поспоришь, но все они всё равно будут обладать шестью гранями, что тоже связано с процессом их формирования. Внешний вид — результат влияния внутренней их организации. Так называемая гексагональная структура оказывает наибольшее влияние на объединение молекул воды, что состоит из одного атома кислорода и двух водорода. Вымерший коралл из семейства Гексагоновых тоже имел в своём виде шестиугольную форму, а диатомовые породы водорослей также обладают шестиугольными структурами.

Глаз стрекозы /Фото:Pinterest

И пузырьковая пена относится к этой категории, она зачастую тоже формирует структуры шестиугольника. Ей важна такая конструкция, которая бы смогла минимизировать общее поверхностное натяжение. Это означает, что должна быть наименьшая площадь стенок, состоящих из мыльной пенки, чтобы противостоять ветру. И тут шестиугольник очень эффективен, хотя для пены эти формы всегда будут неправильной формы. Дополнительной трудностью является и её трёхмерное расположение.

Раньше исследователи предполагали, что пена может иметь разные формы в своей структуре, доходящие до четырнадцати гранных многогранников и даже хаотичных форм. Но всё оказалось сложнее, ведь выяснилось, что такая форма обусловленна некоторыми формами живых клеток.

Вымерший коралл /Фото:YouTube

А наилучший пример — это глаза стрекоз, состоящие из тридцати тысяч таких элементов. В каждой точке шестиугольников, где они пересекаются, встречаются только по три элемента. Стрекозы имеют очень сложно устроенных два глаза, и три, но уже устроенных попроще, внутри которых располагается тысяча шестиугольников.

Аспект эфолюции

Базальтовые породы /Фото:armmuseum.ru

Эволюция тоже сыграла свою роль в формировании таких структур из шести углов. Живые организмы создали их в природе для того, чтобы строительный материал был прочнее, а ресурсы экономились. Но так и некоторые извержения вулканов подарили и дарят миру эти необычные формы. Особенно те, которые приводят к образованию базальтовых пород. Именно они на протяжении веков продолжают вызывать недоумение сначала у учёных, а потом и у тех людей, которым довелось их увидеть вживую.

Сегодня человечество уже обладает достаточным пониманием того, как происходили эти формирования. Когда вулкан извергает горячую лаву, она начинает остывать, тут же показываясь на поверхности. В то время как она остывает, происходит процесс сжатия, в ней, естественно, накапливаются как давление, так и трещины. А тот угол, при котором происходит максимальное напряжение составляет сто двадцать градусов. Как раз внутренний угол пpaвильного шестиугольника.

Облако-шестиугольник /Фото:otvet.mail.ru

Это даже касается целых планет. И тут уже идёт речь о гигантском шестиугольнике, который находится на Сатурне. Он имеет один из самых выдающихся шестиугольников во всей Солнечной системе. Это облака, точнее их узор, размером более четырнадцати тысяч километров, превышает диаметр Земли. Облака состоят из газов, движущихся со скоростью 320 км/ч. А как предполагают ученые, их толщина может быть до трёхсот километров. Пока нет единого мнения о причине образования подобного явления. Возможно это оптимальный процесс организации атомов, чтобы достичь стабильности, либо способ сохранения массы или энергии. Это может также быть связано с некоторыми геометрическими закономерностями, ведь природа по своей сути отдаёт предпочтение жестким структурам, однако ей нравятся и всевозможные узоры.

Ещё сложнее улей устроен внутри.