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六邊形為什麼神奇?它的形狀稍微有些複雜。我們習慣於三角,正方形,圓形這些形狀。對人的感官而言,對稱的形狀4條邊基本就是直觀的極限了。6條邊的形狀是需要思考填充的。但自然界中有很多完美六邊形的例子,比如蜂巢,龜甲,雪花等。這個是偶然發生,還是必然的結果?帶著這個問題,我們首先思考一道題。如果需要用一種形狀填充一個正方形平面,請選擇耗材最少,且填充面積最大的方案。備選的形狀有圓形,等邊三角形,正方形,六邊形。

這是正方形填充的結果,看著嚴絲合縫,但是是最優解嗎?我們再看看圓形解決方案。

圓形填充,可以看到無論其間距如何小,中間都會有空隙。這是圓的特性決定了。一個圓和相鄰的另一個圓只會有一個切點。這種結構在自然界中幾乎看不到。

再看下一個方案:等邊三角形。嚴絲合縫,看似完美。似乎符合最簡單就是最完美的邏輯。但是稜角感太突出。

看看六邊形的解決方案,是不是有點複雜。但其實它的結果要優於其它的方案。六邊形是圓形的最好近似形狀。

我們可以做一個實驗。讓一些硬幣浮在水面上,輕輕拍打容器壁,看看會有什麼變化?硬幣將向中央集中,每個硬幣周圍有6個硬幣圍著,形成六邊形的樣子。為什麼會這樣排列呢?又是水的表面張力,是它製造出了硬幣六邊形,而且,硬幣能在水上漂浮,也是表面張力作用的結果。表面張力使液體表面積儘可能地縮小,所以當硬幣靠近的時候,它們之間的面積要儘量地縮小。這樣硬幣往一起聚集,它們之間的許多空隙沒有了,正好一個挨一個地排列,形成硬幣六邊形。這種方式的排列被稱為是最穩定的排列方式。

自然界中最典型的就是蜂巢。蜜蜂蜂房是嚴格的六角柱狀體,它的一端是平整的六角形開口,另一端是封閉的六角菱形的底,由三個相同的菱形組成。組成底盤的菱形的鈍角為109°28′,所有的銳角為70°32′,這樣既堅固又省料。蜂房的巢壁厚0.073mm,誤差極小。法國數學家克尼格和蘇格蘭數學家馬克洛林從理論上的計算,如果要消耗最少的材料,製成最大的菱形容器正是這個角度。從這個意義上說,蜜蜂稱得上是“天才的數學家兼設計師”。那這種結構的產生到底是偶然還是有其科學依據的。科學家做了個試驗,對一個圓柱體從其四面擠壓。出現的第一個變形就是形成六邊形。看來自然界中出現六邊形作為穩定形狀是有根據的。

自然界的選擇看似沒有什麼道理,並且談不上什麼高效。但很多事有內在合理性的。正六邊形的建築結構,密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大,其緻密的結構,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。

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