Подобие в природе. Симметрия и её виды

В живой и неживой природе в изобилии можно обнаружить настолько симметричные образцы, что невольно привлечет взгляд. Человек может любоваться удивительной красотой бабочки, цветов, стараясь проникнуть в ее тайну. Если присмотреться внимательно, можно заметить, что основу красоты многих форм, которые создала природа, составляет симметрия. А если быть точнее, то все ее виды: от простейших до самых сложных.

Принципы симметрии играют важную роль в биологии и химии, математике и физике, музыке и поэзии. Законы природы, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.

Математика может казаться скучной наукой. Но, оказывается, она не только цифры, решения, уравнения. Это еще и красота в строении живых организмов, геометрических тел. Математику можно с уверенностью называть фундаментом для многих наук.

Симметрия в живой природе

На то, что в живой природе присутствует симметрия, обратили внимание еще пифагорейцы в Древней Греции. В 19 веке появлялись отдельные работы на эту тему. А в 1961-ом «родилась» наука биосимметрика.

Симметрия растений

У растений можно наблюдать следующие виды симметрии:

• сферическая,
• двустороняя (билатеральная),
• радиально-лучевая,
• трансляционная.

К самым распространенным видам симметрии относят билатеральную и радиально-лучевую.

Именно эти виды симметрии довольно часто повторяются вокруг нас. Особенности внешней формы во многих случаях прямо зависимы от особенностей внешнего воздействия. Господство симметрии в природе можно объяснить силой тяготения, которая действует во всей Вселенной.

Все, что растет горизонтально либо наклонно по отношению к поверхности Земли, подчинено билатеральной симметрии (одна плоскость симметрии).

Подтверждением этого послужит вот что. У цветочных чашечек, обращенных кверху (например, у ромашки), целый веер пересекающихся плоскостей симметрии. А вот если листья и цветы расположены сбоку на стебельке (как у душистого горошка), у них только одна плоскость симметрии.

Кстати, симметрия есть не только у листьев и цветов растений, но и у их семян и плодов.

Симметрия животных

Симметрия в животном мире продиктована условиями жизни. Первые многоклеточные животные появились в воде и произошли они от колониальных простейших — жгутиковых. Любое направление для них было равноценным. Поэтому у первых многоклеточных была форма шара. Это идеально для того, чтобы в наименьшем объеме поддерживать наибольшее количество энергии. И сейчас есть животные с такой симметрией — это морские ежи.

Организмы развивались и усложнялись, под действием силы тяжести они начали различать, где «верх», а где «низ» и со временем симметрия шара исчезла.

А вот у животных, способных передвигаться в каком-то определенном направлении, со временем появилась двухсторонняя симметрия тела. На это повлияло не только направление силы тяжести, но и направление движения животного, когда оно спасается от опасности или спешит за пищей.

К ним можно отнести птиц, насекомых, млекопитающих, ракообразных. Билатеральная симметрия присуща огромному количеству видов животных. У бабочки симметрия проявляется с математической строгостью.

Ученые поместили радикальную, билатеральную и шаровую виды симметрии в эволюционный ряд.

Симметрия человека

Тело человека обладает билатеральной симметрией, проявляющейся в дублировании жизненно важных органов — конечностей, глаз, почек, легких, слуховых анализаторов…

Но надо быть точным: у этой симметрии нет абсолютной точности.

Внешне человек абсолютно симметричен: руки у него абсолютно одинаковые, правой соответствует левая. И все бы ничего, но… Если бы руки были абсолютно одинаковыми, то варежка с одной руки подходила бы и на вторую. А это же не так. Наверное, каждый знает, что сходство между нашими глазами, ушами, другими частями тела такое же, как между каким-то предметом и его отражением в зеркале. 

Симметрия в неживой природе

Обратим внимание на кристаллы. Маленьким кристаллом замерзшей воды можно назвать снежинки. Их формы разнообразны. Но у них есть симметрия — поворотная симметрия 6-го порядка и зеркальная.

Характерная особенность — постоянство углов между соответственными гранями и ребрами для всех образов кристаллов одного и того же вещества. 

К элементам симметрии относят плоскости симметрии, центр симметрии, плоскости симметрии, зеркальные оси.

Симметрия внешней формы кристалла — это следствие его внутренней симметрии, то есть, упорядоченного взаимного расположения в пространстве атомов (молекул).

Виды симметрии

К основным формам геометрической симметрии можно отнести:

• зеркальную;
• осевую;
• центральную;
• вращательную;
• скользящую;
• точечную;
• поступательную;
• винтовую;
• неизометричную;
• фрактальную.

Кроме этого существует:

• радиальная симметрия;
• прирадиальная симметрия;
• билатеральная симметрия.

Центральная симметрия

Фигура считается симметричной относительно точки О, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно точки О также принадлежит этой фигуре. Точка О тогда будет центром симметрии фигуры. Поэтому говорят, что у фигуры центральной симметрией.

У нечётной функции центральная симметрия, а у четной — осевая.

Осевая симметрия

Фигура считается симметричной относительно прямой m, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно прямой, м также принадлежит этой фигуре. Прямая м называется осью симметрии фигуры. Вот тогда и принять говорить о том, что фигура обладает осевой симметрией.

А вот у параллелограмма, который отличен от прямоугольника, разностороннего треугольника нет ни одной оси симметрии.

Зеркальная симметрия

Это такое отображение пространства на себя, при котором любая точка М переходит в симметричную ей относительно плоскости а точку М1.

Такая симметрия может связать любой предмет с его отражением в плоском зеркале. Считается, одна фигура (либо тело) зеркально симметрично другой, если они вместе образуют зеркально симметричную фигуру (либо тело).

Поворотная симметрия

Это симметрия, которая сохраняет форму предмета при повороте вокруг некоторой оси на угол, который равен 360°/n (либо кратный этой величине), где n = 2, 3, 4,…

Симметрия имеет способность проявляться в самых различных объектах материального мира. Она может отразить наиболее общие, наиболее фундаментальные его свойства.

Вот почему исследование симметрии разнообразных природных объектов и сопоставление его результатов является удобным и надежным инструментом познания основных закономерностей существования материи.