蜂房为什么是六角形?

蜂房为什么是六角形?
蜂房为什么是六角形?

蜂房为什么是六角形?
蜂是宇宙间最令人敬佩的建筑专家.它们凭著上帝所赐的天赋本能,采用「经济原理」——用最少材料(蜂蜡),建造最大的空间(蜂房)——来造蜜蜂的家.
正六角形的建筑结构,密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大,其致密的结构,各方受力大小均等,且容易将受力分散,所能承受的冲击也比其他结构大.
蜂窝--自然界最经济有效的建筑
达尔文赞叹蜜蜂的巢房是自然界最令人惊讶的神奇建筑.巢房是由一个个正六角形的中空柱撞房室,背对背对称排列组成.六角形房室之间相互平行,每一间房室的距离都相等. 每一个巢房的建筑,都是以中间为基础向两侧水平展开,从其房室底部至开口处有13°的仰角,是为了避免存蜜的流出.另一侧的房室底部与这一面的底部又相互接合,由三个全等的菱形组成.此外,巢房的每间房室的六面隔墙宽度完全相同,两墙之间所夹成的角度正好是120度,形成一个完美的几何图形.人们总是疑问,蜜蜂巢室为什麼不呈三角形、正方形或其他形状呢?隔墙为什麽呈平面,而不是呈曲面呢?
其实,早在西元前180年,古希腊数学家Zenodorus证明出：
(1).周长固定的n边形,以正n边形的面积最大.而且n越大,面积越大.
(2).周长固定时,圆面积大於所有正多边形.
古埃及人也早就知道,唯有正三角形、正方形、正六边形,能各自铺成一平面.
1712年瑞士数学家Samuel Konig 在博物学家Reaumur的请托下,证明出：给订正六角柱,底部由三个全等菱形组成,最省材料的做法是,菱形两邻角分别是109°26' 和70°34',如此在固定容积下,可有最小表面积.而蜜蜂巢室底部的菱形两邻角分别是109°28' 和70°32',和Samuel Konig的理论证明结果仅差2'而已.
最近(1999年9月)加拿大『环球邮报』科学记者德服林撰文报导说：「经过1600年努力, 数学家终於证明蜜蜂是世界上工作效率最高的建筑者.美国数学家 黑尔 宣称,他已解决“蜂窝猜想”.四世纪古希腊数学家贝波司提出,蜂窝的优美形状,是自然界最有效经济的建筑代表.他猜想,人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝,是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的.他的这一猜想称为“蜂窝猜想”,但这一猜想直至1999年才由 黑尔 证明.
虽然蜂窝是一个立体建筑,但每一个蜂巢都是六面柱体,而蜂蜡墙的总面积仅与蜂巢的截面有关.由此引出一个数学问题,即「寻找面积最大、周长最小的平面图形」.西元1943年,匈牙利数学家陶斯巧妙地证明,在所有首尾相连的正多边形中,正多边形的周长是最小的.但如果多边形的边是曲线时,会发生什麽情况呢?陶斯认为,正六边形与其他任何形状的图形相比,它的周长最小,但他不能证明这一点.而黑尔在考虑了周边是曲线时,无论是曲线向外突,还是向内凹,都证明了由许多 正六边形组成的图形周长最小.
最杰出的建筑师——蜜蜂
蜜蜂的蜂巢造型奇特,结构巧妙,可谓巧夺天工,很早就引起了科学家们的浓厚兴趣.
蜜蜂为自己造「房子」,它们是世上最杰出的建筑师.
蜂巢结构
蜂巢的基本结构,是由一个个正六角形单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的建筑物.每一房室大小统一、上下左右距离相等；蜂房直径约0.5公分,房房紧密相连,整齐有序,彷佛经过精心设计.
当气候炎热、蜂巢内温度高升时,工蜂会在蜂巢入口的地方,鼓动翅膀搧风,使巢内的空气流通,因而变为凉爽.
由於蜂蜡色白、质地柔软；因此,建造成的蜂巢,是呈半透明乳白色；经风乾后,逐渐变黄变硬.
据估计,工蜂分泌1公斤的蜂蜡,需要消耗16公斤的花蜜；而采集1公斤的花蜜,蜜蜂们必须飞行32万公里才得以完成；相当於绕行地球8圈的距离.因此,蜂蜡对蜜蜂而言,是宝贝珍贵的.
科学家们研究发现,正六角形的建筑结构,密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大.因此,可容纳数量高达上万只的蜜蜂居住.
这种正六角形的蜂巢结构,展现出惊人的数学才华,令许多建筑师们自叹不如、佩服有加!
蜜蜂是宇宙间最令人敬佩的建筑专家.它们凭著上帝所赐的天赋本能,采用「经济原理」——用最少材料(蜂蜡),建造最大的空间(蜂房)——来造蜜蜂的家.
当代著名生物学家达尔文(Darwin, 1809-1882)(文献)说：「如果一个人在观赏精密细致的蜂巢后,而不知加以赞扬,那人一定是个糊涂虫.」
古希腊数学家帕普斯(Pappus of Alexandria, 300~350BC)对蜂巢精巧奇妙的结构,作了细微的观察与研究.他在《数学汇编》(Mathematical Collection) 著作中写道：「蜂巢到处是等边、等角的正多边形图案,非常匀称规则.」
蜜蜂凭著上帝赋予它的智慧,选择了角数最多的正六边形.用等量的原料,使蜂巢具有最大的容积,因此能容纳更大数目的蜂蜜.
换言之,蜂巢不仅精巧神奇,而且十分符合现实需要,是一种最经济的空间架构.
蜜蜂建造的蜂巢,真是令人赞叹的天然建筑物.早在18世纪初,法国天文学家马拉尔地(Maraldi)(文献)亲自动手测量了许多蜂巢,发现每个蜂巢的孔洞和底部都是正六稜柱状.
如果将整个蜂巢底部分为三个菱形截面,则每个锐角和每个钝角的角度相等(锐角约为72°、钝角约为l09°).
更令人惊奇的是,蜜蜂为了防止存蜜外流,每一个蜂巢的建筑,都是从中间向两侧水平展开；每个蜂房从内室底部到开口处,都呈现13 o的仰角.
历史上,蜜蜂的智慧也引起了著名天文学家克普勒(Kepler) (文献)指出：「这种充满空间对称蜂巢的角,应该和菱形十二面体的角一样.每个正六稜柱状蜂巢的底,都是由三个全等的菱形拼成的,而且每个菱形的钝角都等於109o28’,锐角都等於70o32’.」
十八世纪初,法国科学家雷安姆氏(Rene de Reaumur, 1683-1757)（文献）猜测：「用这样的角度建造起来的蜂巢,一定是相同容积中最省材料的建构法.」
蜂巢的六角形是最致密的结构,各方受力大小均等,且容易将受力分散.
美国B-2隐形轰炸机的机体元件,多采用三明治结构,即在两块高强度薄板间,胶合密度甚低的蜂巢层,使机体强度增高、质量减轻.
发动机的喷嘴是深置於机翼之内,呈蜂巢状,使雷达波只能进、不能出.
铅笔中的石墨是由碳原子,排成六角形蜂巢状的薄片组成.如果重新组合这些碳原子,就可以变成钻石.
无论是大至「蜂巢战舰」(Hive frigate）或小至「蜂巢式行动电话」(Cellular mobile phone),其灵感无不来自於蜂巢之结构.
智慧的王所罗门的箴言：「智慧在街市上呼喊,在宽阔处发声.」(箴1:20) 所罗门的智慧是前无古人、后无来者的智慧,他的智慧是向 神祈求而得,是 神乐意赏赐的.
道成肉身的耶稣基督,他是比所罗门更有智慧的主.他曾在人类的历史中行走了三十三年半,他是「最杰出的智慧工蜂」其智慧的来源；因为,耶稣基督就是 神的智慧.
「敬畏耶和华,是智慧的开端；认识至圣者,便是聪明.」(箴9:10)
「智慧人积存知识；愚妄人的口速致败坏.」(箴10:14)
如果,世上最杰出的建筑师——蜜蜂的生命是 神创造的杰作；万物之灵、拥有上帝形像样式的人,岂不更应该认识这位宇宙万物智慧源头——上帝,他是创造主,是独一的真神.