贝壳的螺纹怎么来的?可能是大自然一掌敲出来的

作者: 美图君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2018-03-04

本文探讨了自然界中螺旋纹的形成,特别是通过数学家和艺术家的研究,展示了如何通过简单的物理力量如扭矩来创造出复杂的螺旋结构。文章还提到了这些自然形成的螺旋结构与某些生物体如赭带鬼脸天蛾的相似性,暗示了自然选择和进化的可能性。

想过吗,自然界中纷繁美好的螺旋纹是怎么制造的呢?一个数学家可能掌握了答案。上图中的 Biruta Kresling 是一位建筑师和研究折纸的独立数学研究员。她最喜欢研究的主题就是大自然中天然存在的折纸结构。比如,她发现了山毛榉树叶萌发前是怎么折叠起来的:山毛榉嫩叶的折叠。

她还发现土豆花就是这样折出来的——她发现的最神奇的天然折纸结构之一,恐怕就是这个名叫克雷斯林图案(Kresling-Pattern)的折叠。她还发现,克雷斯林图案就是赭带鬼脸天蛾(Achaerontia atropos)身体内某个特殊结构的秘密。A:赭带鬼脸天蛾腹部气囊的折叠纹路;B:克雷斯林图案;C:经典的圆柱状三浦折叠。克雷斯林图案是怎么制造的呢?不用画不用折,用力压一下就可以得到。

看一看下面的图你就明白了。在扭矩的作用下,圆柱形的纸张会自然地折叠成这种美丽的自组织螺旋纹。而这种螺旋纹和赭带鬼脸天蛾腹部气囊的可拉伸折叠的内膜纹路有惊人的相似之处。这是无意的巧合,抑或是…赭带鬼脸天蛾身上的花纹是被无形的手扭了一下才形成的吗?最神奇的是,Kresling 可能发现了松果、贝壳等含有对数螺旋线(logarithmic spiral)的天然结构在形成过程中的同质性。

对数螺旋线如果你把一个圆锥放在桌子上,然后用一本书用力地砸一下,你就会得到对数螺旋线。包括松果、骨螺(Murex sp.)贝壳、向日葵的花盘、蜘蛛网在内的许多生物结构都具有对数螺旋线。美丽的对数螺旋线可能存在于材料本身的性质中。视频——我知道你没看过瘾。美国芝加哥的一个叫做 Chris K. Palmer 的数学家和艺术家更是把扭矩的雕塑力量发挥到了极致。

来看看手灿莲花的他变幻出的折纸魔术吧——上面这些折纸并没有被施加魔法哦,它们能自己包裹起来或展开全靠折叠产生的力量。下面这个是他设计的独门折纸艺术花塔(flower tower origami)。在白纸上 piaji 一掌下去会怎样?白纸会变得毫无章法吗?不!

视频(小哥颜值略高,手艺略好)——再来看看他做的这个日式自动卷回小纸袋,旋转收缩全靠纸自己的力量——还有这个会自己旋转的纸艺——这个打开后会自己旋回去的折法叫做扭旋折叠(Rotationally Skew fold)。想要知道它的折法吗,把本文分享到朋友圈,截图后发给把科学带回家后台,就可以得到叠法模版和教程。不过瘾,请戳不过瘾,请戳羽生结弦他们为什么这么优秀?

因为他们更早产生多数人没有的目的感羽生结弦他们为什么这么优秀?因为他们更早产生多数人没有的目的感叶子为什么是绿色,而不是可以把光都吸走的黑色?叶子为什么是绿色,而不是可以把光都吸走的黑色?诺奖物理学家把奖金捐出来,做了这个播放量3.6亿次的理科互动学习网站还记得小时候的“东西南北”折纸吗?

哈佛大学的科学家造了个高级版的它们是海神之眼,也是光和生命的坟墓不仅人会恭谦让,树也有树的"礼仪"不能光合作用还能叫植物吗?那你就少见多怪了这些搞笑又魔性的大自然动图,能治愈你的心灵几十万年前,我们的祖先长什么样?咦,云里怎么出现了一个洞?每个月总有那么几天,野生动物摄影师没法好好拍片如果动物世界被方块病毒入侵...冰山翻转后,我们能看到什么样的风景?

天上彩虹知多少,细数各种各样的“晕”河马不会游泳,那它们每天泡在水里干什么?千奇百怪的蘑菇,总有一种你没见过从泡沫到星系,漩涡无处不在15张图片,告诉你植物也是数学家原来变色龙宝宝可以这样萌!

我的心都化了…把科学带回家ID:bringsciencehome给孩子最好的科学教育转载请联系 kids@huanqiukexue.com长按二维码关注我们图片来源和参考资料:https://www.academia.edu/31972374/Deployable_Structures_and_Biological_Morphology_-_Biruta_Kresling_Natural_twist_buckling_in_shells_from_the_hawkmoth_s_bellows_to_the_deployable_Kresling-pattern_and_cylindrical_Miura-ori_https://www.academia.edu/31842252/THE_GROWING_TURBINATE_SHELL_MODEL_FOR_A_DEPLOYABLE_TECHNICAL_SHELLhttps://www.academia.edu/31816636/Natural_twist_buckling_in_shells_from_the_hawkmoths_bellow_to_the_deployable_Kresling-pattern_and_cylindrical_Miura-ori_https://www.academia.edu/31938305/The_geometry_of_unfolding_tree_leaveshttps://pdfs.semanticscholar.org/00dc/2dc6146d4d556a9063c185f3bda460b0c3b5.pdf

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