孫曉艷


蜂巢造型奇特,結構巧妙,很早就引起了科學家的濃厚興趣。達爾文曾說:“如果一個人在觀賞精密細致的蜂巢后,而不知加以贊揚,那人一定是個糊涂蟲。”古希臘數學家帕普斯對蜂巢作了細微的觀察與研究,并在其著作《數學匯編》中寫道:“蜂巢到處是等邊、等角的正多邊形圖案,非常勻稱規則。”
蜂巢的巢房是由一個個正六角形的中空柱狀房室,背對背對稱排列組成。每一個巢房的建筑,都是以中間為基礎向兩側水平展開,從其房室底部至開口處有13°的仰角,是為了避免存蜜的流出。另一側的房室底部與這一面的底部相互接合,由三個全等的菱形組成。此外,巢房的每間房室的六面隔墻寬度完全相同,兩墻之間所夾成的角度正好是120°,形成一個完美的幾何圖形。
公元4世紀時,古希臘數學家佩波斯提出,蜂窩的優美形狀,是自然界最有效勞動的代表。他猜想,人們所見到的截面呈六面形的蜂窩,是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造成的。他的這一猜想被稱為“蜂窩猜想”,但這一猜想一直沒有人能證明。后來,美國密執安大學數學家黑爾宣稱,他已破解這一猜想。數學家用實際行動證明了蜜蜂是世界上工作效率最高的建筑者。
科學家們研究發現,蜂巢的六角形是最致密的結構,各方受力大小均等,且容易將受力分散。同時正六角形的建筑結構,密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大。因此,除了節省之外,還可提高蜜蜂的入住數,據說一個蜂巢能容納數量高達上萬只的蜜蜂居住。蜂窩是一座十分精密的建筑工程。蜜蜂建巢時,青壯年工蜂負責分泌片狀新鮮蜂蠟,每片只有針頭大小。而另一些工蜂則負責將這些蜂蠟仔細擺放到一定的位置,以形成豎直六面柱體。每一面蜂蠟隔墻厚度不到0.1毫米,誤差只有0.002毫米。六面隔墻寬度完全相同,墻之間的角度正好120度,形成一個完美的幾何圖形。
這種正六邊形的蜂巢結構,展現出蜜蜂驚人的數學才華,令許多建筑師自嘆不如、佩服有加!
蜜蜂是宇宙間最令人敬佩的建筑專家,憑著上帝所賜的天賦本能,采用“經濟原理”,用最少的材料(蜂蠟),建造最大的空間(蜂房)。
蜂巢的結構給了人們啟示和靈感,在很多方面加以運用。如美國B-2隱形轟炸機的機體元件,多采用三明治結構,即在兩塊高強度薄板間,膠合低密度的蜂巢層,使機體強度增高的同時質量減輕。發動機的噴嘴深置于機翼之內,也呈蜂巢狀,使雷達波只能進、不能出。無論是大至“蜂巢戰艦”,還是小至“蜂巢式行動電話”,其靈感無不來自蜂巢的結構。
除了蜜蜂,我們還從大自然中的很多生物身上獲得了啟示和靈感,并運用于生活、娛樂、軍事等方方面面,同學們只要留心觀察,一定可以發現更多的聯系。
(作者單位:江蘇省興化市戴澤初級中學)