Les motifs géométriques naturels ou les motifs apparaissent comme des formes répétitives qui peuvent parfois être décrites ou représentées par des modèles mathématiques.
La géométrie dans la nature et la vie se présente sous de nombreuses formes, telles que la symétrie, les spirales ou les vagues.
Histoire
Pour la première fois, les anciens philosophes et scientifiques grecs - Pythagore, Empédocle et Platon - ont abordé des questions de géométrie dans la nature. En analysant des exemples de formes géométriques prévisibles ou idéales chez les plantes et les animaux, ils ont essayé de démontrer l'ordre et la symétrie dans la nature.
Les tentatives modernes d'étude de la géométrie dans la nature ont commencé au 19ème siècle avec les efforts du physicien belge Joseph Plateau, qui a développé le concept de la surface minimale d'une bulle de savon. Les premières tentatives modernes se sont d'abord concentrées sur la démonstration de formes géométriques idéales et prévisibles, puis se sont tournées vers le développement de modèles qui prédisent l'apparition et la manifestation de la géométrie dans la nature.
Au 20e siècle, le mathématicien Alan Turing a travaillé sur les mécanismes de la morphogenèse, ce qui explique l'apparition chez les animauxdivers motifs, rayures, taches. Un peu plus tard, le biologiste Aristide Lindenmeier, en collaboration avec le mathématicien Benoit Mandelbrot, achèvera des travaux sur des fractales mathématiques reproduisant les schémas de croissance de certaines plantes, dont les arbres.
Sciences
Les sciences modernes (mathématiques, physique et chimie), à l'aide de technologies et de modèles, essaient non seulement d'expliquer, mais aussi de prédire les motifs géométriques trouvés dans la nature.
La forme et la couleur de nombreux organismes vivants, tels que le paon, les colibris et les coquillages, sont non seulement belles, mais aussi géométriquement correctes, ce qui attire la curiosité des scientifiques. La beauté que nous observons dans la nature peut être causée naturellement, mathématiquement.
Les modèles naturels observés en mathématiques sont expliqués par la théorie du chaos, qui fonctionne avec des spirales et des fractales. De tels modèles obéissent aux lois de la physique, de plus, la physique et la chimie, en utilisant des mathématiques abstraites, prédisent les formes des cristaux, à la fois naturels et artificiels.
La biologie explique la géométrie dans la nature par la sélection naturelle, où des caractéristiques régulières telles que des rayures, des taches, des couleurs vives peuvent être expliquées par la nécessité de masquer ou d'envoyer des signaux.
Types de motifs
Dans la nature, il existe de nombreux motifs répétitifs qui apparaissent dans diverses formes géométriques. Les types de régularités de base de la géométrie dans la nature, les photos et leurs descriptions peuvent être trouvés ci-dessous.
Symétrie. Cette forme géométrique est l'une des plus courantes dans la nature. Le plus courant chez les animauxsymétrie miroir - papillons, coléoptères, tigres, hiboux. On le trouve également dans les plantes, comme les feuilles d'érable ou les fleurs d'orchidées. De plus, la géométrie symétrique dans la nature peut être radiale, à cinq rayons ou sextuple, comme les flocons de neige.
Fractales. En mathématiques, ce sont des constructions auto-similaires qui sont infinies. Dans la nature, il est impossible de détecter une telle forme auto-répétitive sans fin, par conséquent, les approximations de motifs fractals sont appelées fractales géométriques dans la nature. Une telle géométrie peut être observée dans la nature dans les feuilles de fougère, le brocoli, les fruits d'ananas.
Spirales. Ces formes sont particulièrement fréquentes chez les mollusques et les escargots. Les scientifiques observent des formes en spirale dans l'espace, par exemple des galaxies spirales. La spirale est appelée le nombre d'or de Fibonacci.
Méandres. Le caractère aléatoire des systèmes dynamiques en mathématiques se manifeste dans la nature sous des formes telles que les méandres et les flux. La géométrie naturelle prend la forme d'une ligne brisée ou plutôt courbe, comme le débit d'une rivière.
Vagues. Ils sont causés par des perturbations et des mouvements d'air, des courants de vent, se propageant à la fois dans l'air et dans l'eau. Dans la nature, ce ne sont pas seulement les vagues de la mer, mais aussi les dunes du désert, qui peuvent former des formes géométriques - lignes, croissants et paraboles.
Mosaïque. Créé en répétant les mêmes éléments sur la surface. La géométrie de la mosaïque dans la faune se retrouve chez les abeilles: elles construisentruche de nids d'abeilles - cellules répétitives.
Formation de motifs
En biologie, la formation d'une couleur géométrique est due au processus de sélection naturelle. Au milieu du XXe siècle, Alan Turing a réussi à décrire le mécanisme d'apparition des taches et des rayures dans la couleur des animaux - il l'a appelé le modèle de réaction-diffusion. Certaines cellules du corps contiennent des gènes contrôlés par des réactions chimiques. Le morphogène entraîne la formation de zones cutanées à pigment foncé (taches et rayures). Si le morphogène est présent dans toutes les cellules de la peau - la couleur de la panthère est obtenue, si elle est présente de manière inégale - le léopard tacheté habituel.
