完美的形狀? 研究揭示可描述所有蛋形狀的通用數學公式
來自肯特大學、環境處理研究所和Vita-Market有限公司的研究人員發現了可以描述自然界中存在的任何蛋的通用數學公式。 從分析的角度來看,蛋的形狀長期以來吸引了數學家、工程師和生物學家的注意。 這種形狀因其進化而受到高度重視,因為它足夠大,可以孵化胚胎,足夠小,可以以最有效的方式離開身體,一旦產下就不會滾走,結構上足以承受重量,是自恐龍以來倖存的10500個物種的生命之始。 蛋被稱為「完美的形狀」。
對所有蛋形狀的分析使用了四種幾何圖形:球形、橢圓形、卵圓形和梨形(圓錐形),其中梨形的數學公式尚未得出。
為了糾正這一點,研究人員在卵圓形的公式中引入了一個額外的功能,開發了一個數學模型來適應一個完全新的幾何形狀,其特點是在球形-橢圓形演變的最後階段,它適用於任何蛋的幾何形狀。
這個新的蛋形狀的通用數學公式是基於四個參數:蛋長度、最大寬度、垂直軸的移動以及蛋長度四分之一處的直徑。
這個尋求已久的通用公式不僅是理解蛋形狀本身的重要一步,也是理解它如何以及為何演變的重要一步,從而使廣泛的生物和技術應用成為可能。
對所有基本蛋形狀的數學描述已經在食品研究、機械工程、農業、生物科學、建築和航空領域找到了應用。 作為一個例子,這個公式可以應用於蛋形狀的薄壁容器的工程建設,它應該比典型的球形容器更堅固。
這個新的公式是一個重要的突破,有多種應用,包括:
- 1.對一個生物物體進行合格的科學描述。現在蛋可以通過數學公式來描述,生物系統學、技術參數優化、蛋孵化和家禽選擇等領域的工作將被大大簡化。
- 2.準確和簡單地確定生物物體的物理特徵。蛋的外部特性對於開發蛋孵化、加工、儲存和分類技術的研究人員和工程師來說至關重要。 需要使用蛋的體積、表面積、曲率半徑和其他描述蛋輪廓的指標來進行簡單的識別過程,本公式提供了這種方法。
- 3.未來的生物啟發工程。雞蛋是一個自然的生物系統,被研究用來設計工程系統和最先進的技術。 蛋狀的幾何圖形在建築中被採用,如倫敦市政廳的屋頂和”小黃瓜”,以及建築,因為它能以最小的材料消耗承受最大的負荷,現在這個公式可以很容易地應用於此。
肯特大學遺傳學教授、該研究的首席研究員Darren Griffin說:”生物進化過程,如蛋的形成,必須進行數學描述的調查,作為進化生物學研究的基礎,正如這個公式所證明的。 這個通用公式可以應用於各個基礎學科,特別是食品和家禽業,並將作為一種動力,推動以蛋為研究對象的進一步調查。 ”
肯特大學客座研究員Michael Romanov博士說:「這個數學公式強調了我們對數學和生物學之間某種哲學和諧的理解和欣賞,並從這兩者中找到了進一步理解我們宇宙的方法。 ”
肯特大學前訪問研究員Valeriy Narushin博士說:”我們期待著看到這個公式在各個行業的應用,從藝術到技術,從建築到農業。 這一突破揭示了為什麼這種來自不同學科的合作研究是必不可少的。 ”