ПРОСТО ФРАКТАЛ. Фракталы в природе. Красота фракталов состоит в том, что их "бесконечная" сложность сформирована относительно простыми линиями.
Фракталы: бесконечность внутри нас
На рисунке эти формы застыли. На самом деле они изменяются — облака движутся, пламя мерцает, лист увядает. Your browser does not support the video tag.
Также фрактальные паттерны имеют место в структуре разветвления кровеносных сосудов и бронхов животных и человека. Первые примеры самоподобных множеств с необычными свойствами появились в XIX веке в результате изучения непрерывных недифференцируемых функций например, функция Больцано, функция Вейерштрасса, множество Кантора. Термин «фрактал» введен Бенуа Мандельбротом в 1975 году и получил широкую известность с выходом в 1977 году его книги «Фрактальная геометрия природы». Множество Мандельброта — классический образец фрактала Особую популярность фракталы обрели с развитием компьютерных технологий, позволивших эффектно визуализировать эти структуры.
Многоугольники — инженерный гений При достаточной наблюдательности в живой природе легко обнаружить строгую геометрию. В особом почете оказываются гексагоны — правильные шестиугольники. Например, соты, в которых пчелы хранят золотистый нектар, — это чудеса инженерного искусства, набор ячеек в форме призмы с правильным шестиугольником в основании. Толщина восковых стенок строго определена, ячейки немного отклоняются от горизонтали, чтобы вязкий мед не вытекал, и соты находятся в равновесии с учетом влияния магнитного поля Земли. А ведь эту конструкцию без чертежей и прогнозов строят множество пчел, которые одновременно работают и как-то координируют свои попытки сделать соты одинаковыми. Если вы подуете на пузырьки на поверхности воды, чтобы согнать их вместе, то они приобретут форму шестиугольников — или, по крайней мере, приблизятся к ней.
Вы никогда не увидите скопище квадратных пузырей: если даже четыре стенки соприкоснутся, они немедленно перестроятся в конструкцию с тремя сторонами, между которыми будут примерно равные углы в 120 градусов. Почему так происходит? Пена — это множество пузырей. В природе существуют пенопласты из разных материалов. Пена, состоящая из мыльных пленок, подчиняется законам Плато, согласно которым три мыльные пленки соединяются под углом 120 градусов, а четыре грани соединяются в каждой вершине тетраэдра под углом 109,5 градусов. Затем по законам Плато требуется, чтобы пленки были гладкими и непрерывными, а также имели постоянную среднюю кривизну в каждой точке.
Например, пленка может оставаться почти плоской в среднем, имея кривизну в одном направлении например, слева направо , и в то же время искривляться в обратном направлении например сверху вниз.
Рисунок 3. Снежинка Коха Кривая Коха является типичным геометрическим фракталом. Процесс её построения выглядит следующим образом: берём единичный отрезок, разделяем на три равные части и заменяем средний интервал равносторонним треугольником без этого сегмента.
На следующем шаге повторяем операцию для каждого из четырёх получившихся звеньев и т. Выполнив аналогичные преобразование на сторонах равностороннего треугольника можно получить фрактальное изображение снежинки Коха. Для его построения из центра треугольника мысленно вырезают кусок треугольной формы, который своими вершинами будет упираться в середины сторон исходного треугольника. Рисунок 4.
Треугольник Серпинского. Рисунок 5. Процесс построения Треугольника Серпинского Повторяют эту же процедуру для трех образовавшихся треугольников за исключением центрального , и так до бесконечности. Если теперь взять любой из образовавшихся треугольников и увеличить его, то получится точная копия целого.
Это и есть полное самоподобие. Кривая дракона И зобретена итальянским математиком Джузеппе Пеано. Ее построение начинается с нулевого порядка, которая представляет собой прямой угол. Изображение фигуры каждого следующего порядка строится путем постоянных замен каждого из отрезков фигуры младшего порядка на два отрезка, сложенных также в виде прямого угла.
При этом каждый первый угол оказывается вывернутым наружу, а каждый второй - вовнутрь. На рисунке проиллюстрирован алгоритм построения драконовой ломаной и изображен вполне взрослый дракон десятого порядка. Здесь можно заметить, что два равных звена продолжают друг друга. Рисунок 7.
Кривая Минковского. Описано в 1883 году Г. Рисунок 8. Множество Кантора.
Оставшееся точечное множество обозначим через C1, оно состоит из двух отрезков; удалим теперь из каждого отрезка его среднюю треть и оставшееся множество обозначим через C2. Повторив эту процедуру опять, удаляя средние трети у всех четырёх отрезков, получаем C3. Обозначим через C пересечение всех Ci. Множество C называется Канторовым множеством.
Сверху - классическое дерево Пифагора, снизу - обнаженное обдуваемое ветром дерево Пифагора. Рисунок 9. Дерево Пифагора. Также известен как квадрат Серпинского.
Квадрат Q0 делится прямыми, параллельными его сторонам, на 9 равных квадратов. Из квадрата Q0 удаляется центральный квадрат. Рисунок 10. Ковер Серпинского.
Получается множество, состоящее из 8 оставшихся квадратов «первого ранга». Поступая точно также с каждым из квадратов первого ранга, получим множество Q1, состоящее из 64 квадратов второго ранга.
Посмотрите через увеличительное стекло на свою кожу, и вы увидите фракталы. Примеров фракталов можно привести массу, потому что, они окружают нас повсюду. Самыми интересными, простыми и популярными фрактальными свойствами в природе обладают — кроны деревьев, цветная капуста, облака, кровеносная система человека и животных, кристаллы, снежинки, горные хребты, берега рек, морозные узоры на стекле, многие растения и морские раковины… Галактика и Вселенные тоже фракталы и обладают свойством самоподобия.
Вселенная складывается, как матрёшка, и все её составные части выглядят примерно так же. Человек — это фрактал Вселенной — микрокосмос, разумная клетка Вселенной, которая способна включиться в активную работу, используя свои уникальные данные, записанные во фрактальной структуре человеческой ДНК. Всё, что окружает нас, ближний и дальний Космос, являются фракталом. Мы с вами тоже.
Фракталы в природе (53 фото)
Для фрактальной бесконечной Вселенной с ее нулевой средней плотностью такой проблемы не существует. Поскольку в природе мы часто наблюдаем фрактальные узоры, то искусственно созданный фрактальный трехмерный объект кажется невероятно реалистичным и даже «живым». Часто говорят, что мать-природа чертовски хороший дизайнер, а фракталы можно рассматривать как принципы дизайна, которым она следует, собирая вещи вместе. По определению Википедии фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба.
Фракталы вокруг нас
Это значит, что плоский фрактал в некотором смысле «проще» настоящей плоскости, но «сложнее» прямой. Фракталы также встречаются в природе. А разнообразие видов фракталов в природе значительно больше того, что могут дать результаты компьютерных вычислений. Посмотрите потрясающие примеры фракталов в природе.
Физики нашли фракталы в лазерах
Морские раковины Nautilus является одним из наиболее известных примеров фрактала в природе. Прекрасная иллюстрация последовательности Фибоначчи. Молнии ужасают и пугают и одновременно восхищают своей красотой. Фракталы, созданные молнией, не произвольны и не регулярны. Романессу - особый вид брокколи, крестоцветный и вкусный двоюродный брат капусты - является особенно симметричным фракталом. Папоротник является хорошим примером фрактала среди флоры. Каждое соцветие копируется точно таким же только меньше.
Фото сделано снизу, чтобы разглядеть это во всей красе.
Если посмотреть на фрактал с близкого или дальнего расстояния, можно увидеть, как повторяются одни и те же узоры. Другими словами, небольшая часть наблюдаемой структуры похожа на всю структуру. В природе, в макроскопических масштабах, мы часто сталкиваемся с этой высокодетализированной геометрической структурой на математическом уровне. Листья папоротника и капуста романеско — распространенные примеры. Примеры природных фрактальных фигур. Слева — лист папоротника. Справа — капуста романеско.
Однако на микроскопическом уровне фрактальные узоры никогда ранее не наблюдались.
Измеряли по одной пробе для каждой стадии концентрирования в течение десяти кадров. Представленные данные представляют собой выводимый Rg значения с использованием аппроксимации Гинье, а столбцы ошибок соответствуют s.
Автор: Sendker, F. Emergence of fractal geometries in the evolution of a metabolic enzyme. Nature 2024.
Ученые, изучая структуру цитратсинтазы, были поражены изображениями, полученными с помощью электронного микроскопа. Вместо ожидаемой регулярной решетки молекул они увидели завораживающий фрактальный узор. Секрет асимметрии Разгадка тайны фрактального белка кроется в его асимметрии.
Обычно при самоорганизации белковых молекул каждая цепь занимает одинаковое положение относительно своих соседей. Это приводит к формированию симметричных, упорядоченных структур. Но в случае с цитратсинтазой все иначе.
Различные белковые цепи взаимодействуют друг с другом по-разному, создавая сложный и непредсказуемый узор, подобный треугольнику Серпинского.
Слайд 4 Описание слайда: Природные объекты, обладающие фрактальными свойствами Природные объекты отличаются от идеальных абстрактных фракталов неполнотой и неточностью повторений структуры. Большинство встречающихся в природе фракталоподобных структур границы облаков, линия берега, деревья, листья растений, кораллы, … являются квазифракталами, поскольку на некотором малом масштабе фрактальная структура исчезает. Природные структуры не могут быть идеальными фракталами из-за ограничений, накладываемых размерами живой клетки и, в конечном итоге, размерами молекул.
Слайд 5.
Статьи по теме
- Открыта первая природная фрактальная молекула
- Фракталы: факты, картинки и где встречаются в природе
- Фракталы в природе - 65 фото
- 14 Удивительные фракталы, обнаруженные в природе - Окружающая среда 2024
- ХАОС, ФРАКТАЛЫ И ИНФОРМАЦИЯ
- Фракталы в природе (102 фото)
ГЕОМЕТРИЯ ПРИРОДЫ. ФРАКТАЛЫ.
В наши дни теория фракталов находит широкое применение в различных областях человеческой деятельности. В природе фрактальные особенности проявляются в таких вещах, как снежинки, молнии или дельты рек. В своей книге “Фрактальная геометрия природы” (1982) Бенуа Мандельброт ввел термин фракталы, и создал математику для их описания.
Когда открыли фракталы?
- Фракталы в природе исследование
- Любопытные фото природы, которые успокоят
- Фракталы в природе. Мир вокруг нас. Ч.2
- Математика в природе: самые красивые закономерности в окружающем мире
Что такое фрактал? Фракталы в природе
Фракталы в природе. Фрактальные модели в природе и технике Текст научной статьи по специальности «Математика». Фракталы в природе (53 фото). Фрактал – это геометрическая фигура, в которой один и тот же мотив повторяется в последовательно уменьшающемся масштабе. Красота фракталов состоит в том, что их "бесконечная" сложность сформирована относительно простыми линиями.