Симметрия в природе.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Институт международных программ

Кафедра международных финансов и бухгалтерского учёта








РЕФЕРАТ

Дисциплина: Концепции современного естествознания

На тему: Симметрия в природе






     Выполнила: студентка 1 курса
     дневного отделения
       группы 1941-1/1-1
Соклакова Маргарита

          Преподаватель: доцент Успенская Галина Александровна










Санкт-Петербург 2016 год

Содержание


Введение………………………………………………………………………3
Понятие симметрии и ее принципы…………………………………………4
Раздел I. Виды симметрии…………………………………………………...6
Раздел II. Симметрия в живой природе……………………………………..8
Глава 1. Симметрия в живой природе. Асимметрия и симметрия………...8
Глава 2. Симметрия растений……………………………………………….11
Глава 3. Симметрия животных……………………………………………...13
Глава 4. Человек – существо симметричное……………………………….14
Заключение…………………………………………………………………...15






















Введение
     Симметрия считается одной из базовых закономерностей мироздания. С симметрией мы сталкиваемся везде. Ее можно пронаблюдать на протяжении всего людского творчества. Она появляется уже у истоков людского знания; ее обширно используют все отрасли  науки.
      В природе и окружающей среде вы можете встретить множество симметричных и несимметричных предметов. Одни предметы могут быть центрально симметричными, симметричными с поворотом, а другие строго симметричны по одной оси и являются как будто сложенными половинками, создается эффект зеркала. Если посмотреть вокруг, и приглядеться к тому, что находится вокруг нас, то можно увидеть, что многое в мире симметрично. Все организмы, которые существуют на нашей земле, в какой-то мере подчиняются законам симметрии. Симметричны листья, деревья, растения, льдинки, даже наша планета обладает практически идеальной симметрией.  В случае если на бумаге нарисована симметричная фигура, посередине которой размещена ось симметрии, то каждая точка первой половины при повороте на 180? совпадет с другой точкой второй половины, расположенной на этом же расстоянии от оси. Если же вырезать рисунок и согнуть его пополам, то его части в точности совпадут меж собой. Эта симметрия ещё именуется отражательной.
     Ещё одно условие для определения симметричности точек по отношению к оси: точки должны находиться на одной прямой, которая перпендикулярна центральной оси. Только при таком условии можно сказать, что они симметричны. Симметричные предметы находятся не только в плоскости, но и в пространстве. Во втором случае они образуются вращением плоской фигуры вокруг оси в одном направлении и перпендикулярно оси.
     Поему нас интересует симметрия? Человек всякий раз интуитивно тянется к симметричным предметам и объектам. Они кажутся нам более натуральными, они более приятны на вид и эстетически красивы. Ведь практически все предметы, созданные природой, симметричны.
Понятие симметрии. Основные принципы
     Термин «симметрия» существует в двух значениях:
* Соразмерность, пропорциональность;
* Равновесие (или баланс).
     Симме?три?я (соразмерность) в широком смысле — соответствие, неизменность (инвариантность), проявляемые при каких-либо изменениях, преобразованиях (например: положения, энергии,информации, другого). Так, например, сферическая симметрия тела означает, что вид тела не изменится, если его вращать в пространстве на произвольные углы (сохраняя одну точку на месте). Двусторонняя симметрия означает, что правая и левая сторона относительно какой-либо плоскости выглядят одинаково.
     Принцип симметрии. Если пространство однородно, перенос системы как целого в пространстве не изменяет свойств системы. Если все направления в пространстве равнозначны, то принцип симметрии разрешает поворот системы как целого в пространстве.  Правило симметрии соблюдается, в случае если поменять исходную точку отсчета времени. В согласовании с принципом, допускается совершить переход в иную систему отсчета, перемещающейся относительно предоставленной системы со стабильной скоростью. Мертвый общество весьма симметричен. Зачастую патологии симметрии в квантовой физике элементарных частиц выражают еще большую симметрию. Асимметрия представляется структурообразующим и созидающим принципом существования. В жизненных клетках высокофункциональные  биомолекулы асимметричны. 
     Принципы симметрии находятся в основе теории относительности, квантовой механики, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц. Данные основы более наглядно проявляются в свойствах инвариантности законов природы. Можно говорить не только о физических, но и, например, биологических законах. К примеру, правило наследования. В его базе  находится симметричность биологических качеств согласно взаимоотношению одной родословной к  другой. Попросту говоря, мы не смогли бы жить без законов сохранения. 
Раздел I. Виды симметрии.
     Зеркальная симметрия или отражение — движение евклидова пространства, множество неподвижных точек которого является гиперплоскостью(в случае трехмерного пространства — просто плоскостью). Термин зеркальная симметрия употребляется также для определения соответствующего типа симметрии объекта, то есть, когда объект при действии отражения переходит в себя. Это математическое понятие в оптике соотносит объекты и их (мнимых) изображения при отражении в плоском зеркале. Существуют в некоторых законах природы (в кристаллографии, химии, физике, биологии и т. д., а также в искусстве и искусствоведении). 
     Осевая симметрия — фигура называется симметричной относительно данной прямой, если для любой точки фигуры симметричная ей точка на данной прямой также принадлежит этой фигуре. Существуют фигуры, которые не имеют ни одной оси симметрии. К ним относятся параллелограмм, отличающийся от прямоугольника, разносторонний треугольник.
     Вращательная симметрия — понятие, означающее симметрию объекта относительно всех или некоторых собственных вращений m-мерного евклидова пространства. Собственными вращениями называются разновидности изометрии, сохраняющие ориентацию. Так группа симметрии, отвечающая вращениям, есть подгруппа группы E+(m).
     Трансляционная симметрия может рассматриваться как особый случай вращательной симметрии — поворот вокруг бесконечно-удалённой точки. При таком объединении группа вращательной симметрии совпадает с полной E+(m). Такая симметрия не применяется в отношении конечных объектов, так как создает всё пространство однородным, но она применяется в формулировке физических закономерностей.
     Совокупность собственных вращений вокруг фиксированной точки пространства образуют специальную ортогональную группу SO (m) — группу ортогональных матриц m?m с определителем, равным 1. Для частного случая m = 3 группа носит специальное название — группа вращений.
     В физике инвариантность относительно группы вращений называется изотропностью пространства (все направления в пространстве равноправны) и выражается в инвариантности физических законов, в частности, уравнений движения, относительно вращений. Теорема Нётер связывает эту инвариантность с наличием сохраняющейся величины (интеграла движения)— угл HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Угловой_момент"ового момента.
     Центральной симметрией (иногда центра?льной инве?рсией) относительно точки A называют преобразование пространства, переводящее точку X в такую точку X?, что A — середина отрезка XX?. Центральная симметрия с центром в точке A обычно обозначается через , в то время как обозначение можно перепутать с осевой симметрией. Фигура называется симметричной относительно точки A, если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно точки A также принадлежит этой фигуре. Точка A называется центром симметрии фигуры. Говорят также, что фигура обладает центральной симметрией. Другие названия этого преобразования — симметрия с центром A. Центральная симметрия в планиметрии является частным случаем поворота, точнее, является поворотом на 180 градусов.
Раздел II. Симметрия в живой природе.
     Симметрией владеют предметы и действа настоящий естества. Симпатия дает возможность активным организмам правильнее адаптироваться к сфере обитания и попросту уцелеть.
     В настоящей природе обширная часть жизненных организмов находит разные типы симметрий (фигуры, сходства, условного положения). К тому же организмы различного анатомического постройки имеют все шансы обладать единственный и этот ведь вид наружной симметрии.
     Внешняя согласие имеет возможность выдвинуться в свойстве причины систематизации организмов (круглая, радиальная, аксиальная и т.д.) Мельчайшие организмы, проживающие в обстоятельствах слабенького влияния гравитации, обладают наглядно сформулированную симметрию фигуры.
     На действа симметрии в настоящий натуре сосредоточили интерес еще в Античной Греции пифагорейцы в взаимосвязи с формированием теории о согласия (V столетие вплоть до н.э.). В XIX столетии возникли одиночные деятельность, посвящённые симметрии в постном и зоологическом обществе.
     В XX столетии стараниями отечественных учёных – В Беклемишева, В. Вернадского, В Алпатова, Г. Гаузе – существовало сформировано новое направленность в учении о симметрии – биосимметрика, что, изучая симметрии биоструктур в моляльном и надмолекулярном степенях, дает возможность предварительно установить вероятные виды симметрии в биообъектах, точно характеризовать наружную фигуру и душевное построение разных организмов.
Глава 1. Симметрия и асимметрия.
     Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия, что связано с изменением и развитием системы.
     Из понятий симметрии и асимметрии необходимо, что же формирующаяся динамическая концепция обязана являться непременно несимметрической и неравновесной. Прогрессивное естествоведение показано цельной иерархией симметрий, что отображает качества иерархии степеней учреждения субстанции. Акцентируют разные фигуры симметрий: градуировочные, объемно-кратковременные, изотопические, взаимозаменяемые, отражающие и т. д. Всегда данные типы симметрий разделяются в наружные и внутренние.
     Внутреннюю симметрию нельзя видеть, симпатия сокрыта в точных уравнениях и законодательстве, выражающих положение исследуемой организации. Образец этому – равенство Максвелла, обрисовывающее связь электро и магнитных явлений, либо концепция гравитации Эйнштейна, соединяющая качества места, времени и притяжения.
     Внешняя симметрия (пространственная или геометрическая)  показана в натуре огромным разнообразием. Такое равноудаленность кристаллов, молекул, жизненных организмов.
     Для что необходима неизменность жизненному и равно как симпатия появилась?
     Живые организмы сформировывали собственную симметрию в ходе развития. Зародившиеся в водах океана, первоначальные активные организмы обладали верную круглую фигуру.  Введение организмов в прочие сферы вынуждало их приспособиться к новым особым обстоятельствам. Единственный с методов такого рода приспособления – соответствие в степени физиологической фигуры. Инвариантное местонахождение Элементов организаций туловища гарантирует активным организмам баланс рядом перемещении и функционировании, жизнеспособность и приспособление. Достаточно симметричны наружные фигуры больших звериных, Лица. Вегетативный общество организмов кроме того одарен симметрией, что же сопряжено с войной из-за мир, физиологической стабильностью к полеганию (правило мирового притяжения). К примеру, конусовидная если единица обладает точно отвесную линия симметрии – перпендикулярный стволик, вниз с целью стабильности. Единичные отрасли симметрично размещены согласно взаимоотношению к стволу, а модель конуса содействует разумному применению кроной светового струи безоблачной энергии, повышает надежность. Подобным способом, вследствие гравитации и законам природного отбора елка кажется художественно изысканно и «построена» целесообразно. Наружная биосимметрия насекомых и звериных может помочь им удерживать баланс рядом перемещении, получать максимально энергии с находящейся вокруг сферы и целесообразно нее пользоваться.
     В физиологических и хим режимах биосимметрия получает пока что наиболее полный значение. Таким (образом, более устойчивы молекулы, владеющие высочайшей симметрией (пассивные ветры). Гармония молекул устанавливает вид моляльных спектров. Большая симметрия свойственна в (видах кристаллов. Кристаллы – такое инвариантные туловища, их конфигурация обусловливается периодическим возобновлением в 3 замерах простого ядерного аргумента.
     Асимметрия также широко распространена в мире.
     Расположение внутри единичных организаций в жизненных организмах зачастую асимметрично. К примеру, сердце находится по левую сторону у индивида, а печенка – с правой стороны и т. д. Л. Пастер, галльский биолог и врач, подчеркнул изнаночные и левые кристаллы диоксибутановой кислоты. Микрочастица КИСЛОТА асимметрична – нее кривая постоянно закручена в правую сторону. 
     В различие с молекул мертвый естества, в каком месте левосторонные и левые молекулы попадаются Зачастую, в таком случае принимать вынашивают в главном инвариантный вид, молекулы базисных элементов характеризуются наглядно проявленной асимметрией. Сообщая огромное значимость асимметрии жизненного, В. И. Вернадский подразумевал, что же собственно тут протекает изящная грань среди химией жизненного и безжизненного. Л. Пастер кроме того, опираясь в данных свойствах, объегорил рубеж среди активным и безжизненным. Необходимо кроме того заметить, что же активные организмы (растения) в ходе жизнедеятельности уничтожают с находящейся вокруг сферы (земли) в существенной уровня хим компоновки роттизитовой еды, молекулы какой симметричны и в собственном организме превращают их в косые базисные материалы: аррорут, белогорья глюкозу и т. д. Неизменность молекул провиантских элементов жизненного организма согласуется с симметрией молекул наиболее организма. В противоположном случае еда достаточно несопоставимой (опасной).
     Конфигурация частей клеточки кроме того асимметрична, что же обладает огромное значимость с целью нее размена элементов, энергетической состоятельности, а кроме того содействует наиболее высочайшей быстроты протекания биохимических взаимодействий. Симметрия и асимметрия – такое 2 противоположные свойства планеты. Практически в природе отсутствует чистейшей (безусловной) симметрии либо асимметрии. Данные группы – антитезы, что постоянно пребывают в согласье и войне. Вслед за тем, в каком месте слабеет согласие, увеличивается неуравновешенность, и и наоборот. В различных степенях формирования субстанции ей присуща в таком случае согласие, в таком случае неуравновешенность. Данные группы непосредственно объединены с суждениями стабильности и шаткости конструкций, системы и бедлама, учреждения и дезорганизации, отражающими качества конструкций и динамику формирования, а кроме того связь среди динамическими и постоянными законами.
     Полагая, что же баланс принимать положение спокойствия и симметрии, а неуравновешенность приводит к перемещению и неравновесному каприз, допускается полагать, что же представление баланса представляет в биологии никак не меньше существенную значимость, Нежели в физике. Правило стабильности термодинамического баланса жизненных конструкций определяет специфику био фигуры перемещения субстанции. Собственно стойкое динамическое баланс (неуравновешенность) представляется основным принципом постановки и заключения трудности возникновения существования.
Глава 2. Симметрия у растений
     Особенность постройки растений и звериных обусловливается отличительными чертами сферы обитания, к какой они адаптируются, отличительными чертами их вида существования. С целью растений свойственна гармония конуса, что отлично заметна в образце каждого бревна. У каждого бревна принимать основа и кульминация, "верх" и "низ", исполняющие различные функции. Важность отличия верхней и исподней Элементов, а кроме того направленность силы трудности устанавливают отвесную уклон переломной оси "древесного конуса" и плоскостей симметрии. Древесина вбирает с земли воду и обильные материалы из-за счёт крупнокорневой организации, в таком случае принимать снизу, а другие актуально значимые функции производятся кроной, в таком случае принимать вверху. В следствии этого направленности "вверх" и "вниз" с целью бревна, значительно разнообразны. А направленности в плоскости, поперечной к вертикали, с целью бревна практически неразличимы: согласно абсолютно всем данным тенденциям к бревну в одинаковой критерию зачисляются воздушное пространство, мир, и вода. В итоге возникает отвесная переломная линия и отвесная область симметрии. У покрытосеменных растений в основной массе выражается радиальная и билатеральная биосимметрия. Цветочек является инвариантным, если любой заключается с одинакового Количества Элементов. Цветочки, обладая теплые Доли, являются цветами с удвоенный симметрией и т.д. Троичная соразмерность всегдашня с целью однодольных растений, пятерная – с целью двудольных.
     Для листочков свойственна отражающая неизменность. Данная ведь биосимметрия попадается и у расцветок, тем не менее у их отражающая инвариантность Больше представляет в комбинировании с переломной симметрией. Нередки эпизоды и портативной симметрии (веточки акации, щербины). Занимательно, что же в цветочном обществе более разнесена переломная неизменность 5-игра системы, что важно невыполнима в периодических текстурах мертвый естества. Данный случай телеакадемик Н. Белов поясняет для того, что же линия 5-игра системы – специфичный механизм войн из-за наличие, "страхование вопреки окаменения, кристаллизации, первоначальным шажком какой существовала б их захват решеткой". На самом деле, настоящий тело никак не обладает кристального постройки в этом значении, что же в том числе и единичные его аппараты никак не владеют пластической сеткой. Тем не менее высокоупорядочные текстуры в ней презентованы весьма свободно.
Глава 3. Симметрия у животных.
     Ось симметрии - это ось вращения. В этом случае у животных, как правило, отсутствует центр симметрии. Тогда вращение может происходить только вокруг оси. Рядом данном линия Больше лишь обладает разнокачественные полюса. К примеру, у конулярых, либо гидры актинии, в 1 полюсе находится уста, в ином - основание, в какой данные недвижные братья наши меньшие закреплены к субстрату. Линия симметрии имеет возможность сходиться морфологически с переднезадней осью туловища.
     Плоскость симметрии. Плоскость симметрии - это плоскость, проходящая через ось симметрии, совпадающая с ней и рассекающая тело на две зеркальные половины. Эти половины, расположенные друг против друга, называют антимерами (anti – против; mer – часть). К примеру, у гидры допускается выполнить некоторое количество плоскостей симметрии, Количество каких достаточно кратно Количеству щупалец. У актиний с весьма огромным Количеством щупалец допускается выполнить немало плоскостей симметрии. У медузы с 4-мя щупальцами в колоколе Количество плоскостей симметрии достаточно урезано Количеством, сложным четырём. В конечном итоге, у взаимно-инвариантных организмов только лишь один область и только лишь 2 отражающие антимеры – поэтому безвинная и левосторонная края звериного .
     Под симметрией у животных понимают соответствие в размерах, форме и очертаниях, а также относительное расположение частей тела, находящихся на противоположных сторонах разделяющей линии.
     Сферическая инвариантность обладает положение у радиолярий и солнечников, туловища каких круглой фигуры, а Доли распределены около середины области и отступают с неё. У подобных организмов отсутствует буква передней, буква задней, буква побочных Элементов туловища, каждая область, проведённая При помощи учреждение, разделяет зверь в похожие половинки. При радиальной либо лучезарной симметрии туловище обладает фигуру кратковременного либо длинноватого цилиндра или резервуара с основной осью, с какого отступают в радиальном режиме Доли туловища. Такое конулярые, карпоидея, мореходные звёзды. Рядом отражающей симметрии осей симметрии 3, однако инвариантных краев только лишь один парочка. Благодаря тому что что же 2 прочие края - абдоминальная и дорсальная - товарищ в товарища никак не схожи. Данный тип симметрии свойственен с целью основной массы звериных, в этом части насекомых, рыб, жаых, рептилий, птиц, млекопитающих. С целью насекомых, рыб, птиц, звериных свойственно несопоставимое с переломной симметрией отличие среди тенденциями «вперед» и «назад». Сложенный в популярной басне о медике Айболите потрясающий Тянитолкай является абсолютно невообразимым созданием, потому как у него симметричны холодильник и задняя пятидесяти процентов. Направленность перемещения представляется важно назначенным течением, сравнительно какого отсутствует симметрии у каждого насекомого, каждый рыбы либо пернатые, каждого звериного. В данном течении зверь стремится из-за едой, в данном ведь течении оно уберегается с гонителей.
     Кроме направленности перемещения, симметрию жизненных созданий устанавливает пока что один направленность - направленность силы трудности. И тот и другой направленности немаловажны; они высокомерничают область симметрии жизненного сущности.
     Билатеральная (отражающая) соответствие - отличительная равноудаленность абсолютно всех агентов звериного планеты. Данная согласие отлично заметна у чешуекрылые; соответствие левосторонного и левого выражается тут с практически точной жесткостью. Допускается отметить, что же любое зверь (а кроме того комар, рыбка, птичка) заключается с 2-ух энантиоморфов - праведной и левосторонной половин. Энантиоморфами представлены кроме того теплые составляющие, один с каких угождает в лицевую, а вторая в левосторонную половинку туловища звериного. Таким (образом, энантиоморфами представлены законное и левосторонное слух, контрреволюционный и чужой глаза, непричастны и чужой рожок и т.д.
Глава 4. Симметрия у человека
     Человеческое тело обладает билатеральной симметрией (внешний облик и строение скелета). 
     Данная билатеральность постоянно считалась и представляется главным основой нашего эстетического восторга отлично уложенным Людским туловищем. Туловище Лица выстроено согласно принципу двухсторонней симметрии. Большая часть с нас оценивает разум равно как общую текстуру, в реальности некто разделён в 2 пятидесяти процентов. Данные 2 Доли – 2 полушария – вплотную прилегают товарищ к товарищу. В абсолютном согласовании с совокупной симметрией туловища Лица любое гемисфера предполагает собою практически четкое отражающее отражение другого
Управление главными процессами туловища Лица и его воспринимающими функциями одинаково распределено среди 2-я полушариями мозга. Левосторонное гемисфера осуществляет контроль невинную сторонку мозга, а неповинное - левосторонную сторонку.
     Физическая неизменность туловища и мозга никак не обозначает, что же изнаночная область и левосторонная равноценны в абсолютно всех взаимоотношениях. Довольно сосредоточить интерес в воздействия наших ручек, Для того чтобы заметить изначальные особенности многофункциональной симметрии. Только некоторые общество в одинаковой мере обладают двумя ручками; большая часть ведь обладает основную ручку.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
     Законам симметрии покоряются всегда фигуры в мире. В том числе и «вечно свободные» тучи владеют симметрией, хоть и изуродованной. Трепеща в лазурном небосводе, они походят неторопливо передвигающихся в мореплавательный там медуз, несомненно тяготея к переломной симметрии, а после, туримые возвысившимся ветерком, изменяют симметрию в отражающую.
Симметрия, проявляясь в наиболее разных предметах вещественного планеты, безусловно, отображает более единые, более основательные его качества. В следствии этого анализ симметрии всевозможных естественных предметов и сравнение его итогов представляется комфортным и верным прибором постижения ключевых закономерностей жизни субстанции.
     Симметрия — такое и принимать равноправность в просторном значении данного фразы. Следовательно, в случае если обладает положение инвариантность, в таком случае что-в таком случае никак не случится и, следовательно, что же-в таком случае непременно остается постоянным, сохранится. С симметрией я сталкиваемся повсюду – в натуре, технической, художестве, науке. Представление симметрии протекает При помощи целую многолетнюю ситуацию Людского творчества. Основы симметрии представляют существенную значимость в физике и арифметике, химии и биологии, технической и зодчестве, живописи и статуе, версификации и музыке. Законы естества, распоряжающиеся неистощимой в собственном разнообразии фильмом явлений, в собственную очередность, покоряются основам симметрии.
Существует масса типов симметрии равно как в постном, таким (образом и в зоологическом обществе, однако рядом абсолютно всем разнообразии жизненных организмов, правило симметрии функционирует постоянно, и данный случай пока что единожды акцентирует внимание единство нашего мира
     Еще один увлекательным проявлением симметрии житейских действий представлены био ритмы (биоритмы), повторяющийся сомнения био действий и их черт (уменьшения сердца, дух, сомнения напряженности разделения клеток, размена элементов, моторной инициативности, числа растений и звериных), нередко сопряженные с устройством организмов к геофизическим циклам.
     Изучением биоритмов увлекается особенная дисциплина - биоритмология.
     Помимо симметрии имеется кроме того представление ассиметрии:
     Симметрия находится в базе предметов и явлений, проявляя что-то всеобщее, присущее различным предметам, в этом случае равно как неуравновешенность сопряжена с персональным олицетворением данного всеобщего в определенном предмете.
.......................