Явление образования симметричных кристаллоподобных структур в форме правильных и полуправильных многогранников
Правила образования структур о которых идет речь в статье:
1) Структуры образуются из элементарных додекаэдров, имеющих одинаковые размеры.
2) Смежные грани соседних додекаэдров идеально прилегают друг к другу с полным совпадением вершин.
Общепринятые подходы к построению структур из многогранников подразумевают как можно более полное заполнение свободного пространства. Образование щелей и зазоров считается недостатком, и их минимизация является основной целью упаковки многогранников.
Описываемый в статье метод построения объёмных структур принципиально отличается от общепринятого подхода тем, что наличие боковых щелей между составляющими структуры элементарными додекаэдрами является необходимым и целесообразным условием. Как можно более плотная упаковка элементарных многогранников не является самоцелью для нашего подхода.
Построение структуры начинается с центрального додекаэдра, путем добавления к нему внешних додекаэдров к каждой из двенадцати граней. Внешние додекаэдры удерживаются на своих местах за счет механической связи с внутренними додекаэдрами. В качестве таковой механической связи можно условно принять абстрактный клей, имеющий одинаковую с материалом додекаэдров прочность.
По мере наращивания слоёв додекаэдров образуются взаимно совпадающие, повторяющиеся геометрические структуры. Специфическая форма “оболочек” образуемых различными слоями додекаэдров однозначно определяется номером слоя додекаэдров в структуре.
Результирующие структуры являются аналогами правильных и полуправильных многогранников (Платоновых и Архимедовых тел). В частности это: усечённый икосаэдр, икосододекаэдр и составной большой додекаэдр.
Этим уникальным структурам присвоено название FROIM, напоминающее староанглийское FRAIM–структура.
Начнем рассмотрение FROIM структур от простого к сложному, с объекта, состоящего из тринадцати додекаэдров. Первый додекаэдр в центре и двенадцать окружающих додекаэдров- по одному на каждой грани. Получившаяся структура имеет один слой, вокруг центрального додекаэдра. Обращаем внимание на наличие щелей между боковыми додекаэдрами. При этом центральный додекаэдр полностью закрыт от внешнего мира, щели между центральным и боковыми додекаэдрами отсутствуют.
Добавим по одному додекаэдру к обращенным наружу граням додекаэдров первого слоя. У нас образовался второй слой додекаэдров. На этом этапе мы не будем заполнять все свободные грани второго слоя, а ограничимся только упомянутыми двенадцатью наиболее удаленными от центра верхними гранями, так как именно эти грани позволят нам в дальнейшем получить жесткую конструкцию с минимально возможным количеством использованных додекаэдров.
Пока в нашей конструкции, состоящей из трех слоев, использовано двадцать пять додекаэдров (два слоя по двенадцать додекаэдров в каждом и один додекаэдр в центре). Как и раньше, зазоры имеются только между боковыми гранями додекаэдров, осевые грани имеют идеальное беззазорное прилегание.
Добавим четвертый слой.
Как видно из рисунка, четвертый слой добавляется к обращенным наружу боковым граням додекаэдров третьего слоя. К каждому из 12 додекаэдров третьего слоя прикрепим по пять додекаэдров четвертого слоя (всего 60). Верхние грани третьего слоя остаются незаполненными. В этом смысле операция по заполнению четвертого слоя, противоположна операции по заполнению третьего слоя, где мы наоборот добавляли додекаэдры к верхним граням, оставляя свободными боковые грани второго слоя.
Теперь в нашей конструкции имеется четыре слоя, содержащих в сумме восемьдесят пять додекаэдров.
Додекаэдры четвертого слоя образовали пятигранные ячейки вокруг каждого додекаэдра третьего слоя.
А каждые три соседние пятигранные ячейки образовали шестигранные ячейки, в которых принимают участие по два додекаэдра от каждого пятиугольника. В общем и целом получившаяся фигура напоминает классический усечённый икосаэдр.
Изображение усечённого икосаэдра приведено для сравнения снизу от нашего четырехслойного FROIMа. Классический усечённый икосаэдр имеет 32 грани: 12 пятиугольных и 20 шестиугольных. Четырехслойный FROIM усечённый икосаэдр также имеет 32 грани-стороны: 12 граней составленных из пяти додекаэдров и 20 сторон шестиугольников.
Как называть эти грани-стороны, еще предстоит решить. Это не обычные плоские грани, а объемные структуры, состоящие из модулей - додекаэдров. Единственное, что их связывает с классическими гранями-многоугольниками, это численное совпадение числа додекаэдров в объёмных гранях с числом сторон в плоских многоугольниках.
Четырехслойная FROIM структура ещё недостаточно жесткая, додекаэдры образовали плотное соединение в местах контакта друг с другом. Но этот контакт осуществляется только вдоль линии ребер соседних додекаэдров.
Гораздо более жесткая структура образуется с добавлением следующего слоя (пятого).
Продолжение следует...
*** Эта и другие статьи дублируются в Wordpress