Из этой статьи вы узнаете, как объясняется шестиугольная форма пчелиных сот и в каких областях люди заимствуют инженерные “идеи” пчёл.
Откуда пчёлы берут воск для строительства сот
Пчёлы делают конструкции, состоящие из шестиугольных сот, используя воск. Они используют соты для кладки яиц, в качестве жилища личинок и взрослых насекомых, как место хранения мёда.
Материал для строительства пчёлы производят сами. В нижней части их брюшка, есть специальные железы, которые вырабатывают восковые пластинки. Насекомое перекладывает их в рот, пережевывает, а затем строит из полученной восковой смеси соты.
Первые упоминания о пчелиных сотах и научная работа
Упоминания о шестиугольной форме пчелиных сот можно найти в древних источниках. Приблизительно в 36 году до н.э. Марк Теренций в своей книге о сельском хозяйстве упоминал шестиугольную форму сот.
Хотя ученые обращали внимание на эту особенность пчелиных строений, они не могли объяснить, почему соты имеют шестиугольную форму. Ясность в этот вопрос внёс математик из Мичиганского университета Томас Хейлз.
В 1999 году он опубликовал статью “Гипотеза о пчелиных сотах” в научном журнале “Discrete & Computational Geometry”. В своей публикации учёный объяснил, что шестиугольная форма сот самая эффективная для того, чтобы поделить пространство на маленькие части, и доказал это математически.
Почему соты шестиугольной формы
Правильный шестиугольник также называется гексагон – его используют пчёлы при строительстве сот. В отличие от других геометрических фигур, гексагон лучше всего подходит для максимально эффективного использования пространства.
В своей статье Томас Хейзел наглядно показал, что если единое пространство делить на более мелкие части, то идеальной фигурой для этого будет именно равносторонний шестиугольник.
Хотя пчёлы не читают научные статьи, они используют правильные шестиугольники. Такая конструкция сот позволяют насекомым использовать минимальное количество воска для строительства и хранить максимальное количество мёда, чем если бы они использовали соты другой геометрической формы. Кроме того, форма шестиугольника придает сотам повышенную прочность и при этом лёгкость. Рассмотрим несколько подтверждений.
В научном журнале “Nature” в статье о пчелиных сотах отмечалось, что для деления пространства на равносторонние ячейки одинаковой формы есть три варианта: треугольники, квадраты и шестиугольники. Из перечисленных фигур шестиугольник делит пространство используя наименьшую площадь стенок, соответственно для такой конструкции нужно меньшее количество воска.
В другом научном журнале “Advanced Materials” была опубликована статья, в которой раскрываются и другие удивительные свойства пчелиных сот. Воск – дорогостоящий продукт для пчелиной семьи, на его производство уходит много ресурсов и энергии. Поэтому соты построены таким образом, чтобы минимизировать расход ценного воска.
Неудивительно, почему пчёлы используют именно эту геометрическую фигуру. Они как настоящие инженеры применяют в строительстве своих ульев лучшие решения.
Соты в форме правильного шестиугольника имеют несколько преимуществ перед другими геометрическими фигурами:
- Лёгкий вес;
- Устойчивость к деформации;
- Экономичный и эффективный расход пространства и строительного материала.
Как люди используют принцип пчелиных сот
Внимание ученых и инженеров привлекает и то, как строение из такого хрупкого материала как воск, обладает лёгкостью и прочностью одновременно.
Интересно, что при строительстве сот пчёлы используют не только воск. Стенки пчелиных сот включают шелковые нити личинок, прополис и пыльцу, смешанные с воском – это значительно упрочняет конструкцию. Выходит, пчёлы начали использовать композитные материалы в строительстве задолго до того, как похожие технологии стали применять люди. Из примеров: стеклопластик и железобетон.
Давайте рассмотрим несколько примеров практического применения сотовых структур.
В аэрокосмической сфере. Сотовые конструкции применяются в строительстве самолётов, вертолётов и космических аппаратов. В Ростехе, например, разработали алюминиевый сотовый заполнитель для укрепления деталей в летательных аппаратах.
Сотовые конструкции обладают высокой прочностью и долговечностью несмотря на нагрузки в разных плоскостях. Благодаря такой структуре уменьшается масса летательного аппарата, что уменьшает расход топлива.
В дизайне. Пчелиные соты не только практичны, но и эстетичны. Архитекторы и дизайнеры используют в своих проектах конструкции, напоминающие соты. Как пример – жилой комплекс Honeycomb на Багамских островах. Выглядят строения с “пчелиным” дизайном необычно и привлекательно.
В строительстве. Для ремонтных и строительных работ применяются сендвич-панели, внутри которых спрятан сотовый наполнитель. Как пример - панели на основе сотового алюминия. Они прочные и лёгкие, обладают вибро- и звукоизоляцией, устойчивы к любым внешним воздействиям и используются, например, для облицовки станций метрополитена.
Ещё один материал с сотовой структурой ячеистый кирпич. Внутри он вертикально перфорирован сотами, напоминающими пчелиные – благодаря этому он лёгкий и прочный, сохраняет звуко- и теплоизоляционные свойства.
Нам есть чему научиться у пчёл
Пчёлы неспроста строят соты в форме правильного шестиугольника. Такая конструкция позволяет выгодно использовать пространство для хранения мёда, экономно расходовать воск, при этом сохраняя баланс прочности и веса всего строения.
Пчелиные соты продолжают вдохновлять учёных на разработку и использование похожих структур в авиации, строительстве, микроэлектронике, медицине и других областях. Нам есть чему поучиться у пчёл и применить знания на практике, чтобы улучшить жизнь каждого из нас.
