Исследовательская работа "Симметрия в мире растений"

 

«Симметрия в мире растений»

(секция «Мир природы»)

 

 

                                                                              Автор: Лопатин Максим,

                                                                              ученик 4А класса

                                                                              МАОУ «СОШ № 99»

                                                                              Руководитель: Былкова М.В.

                                                                              учитель начальных классов

                                                                              МАОУ «СОШ № 99»

 

 

 

 

Новокузнецк

2017

 

 

I.                 Введение

 

Наш симметричный мир...

Симметрия во всем:

В закате Солнца и в его восходе,

В живой и неживой природе,

В кристаллах, в музыке, в поэзии - во всем.

 

Симметрия - синоним совершенства,

Гармонии, высокой красоты.

Букашки, звери, человек, цветы -

Во всем симметрия, все совершенно.

 

Законы физики,

Вселенная сама,

Вся наша жизнь симметрии полна.

А без нее все было б косо, криво, неэстетично, просто некрасиво. [7]

 

   Симметрия окружает нас повсюду. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. [4,4]

   Меня очень заинтересовал этот вопрос, поэтому я решил провести исследование в этой области. Тема моего исследования «Симметрия в мире растений».

   Цель  исследования: существует ли симметрия в царстве растений и чем она обусловлена.

   Задачи:

дать представление о симметрии в природе;                                                           

через понятие «симметрия» раскрыть важнейшие связи  явлений симметрии с живой природой;                                                                                                     

доказать, что действительно нас окружают симметричные предметы;

показать  значимую роль симметрии в мире растений.

   Гипотеза

   Действительно  ли встречается   симметрия в мире растений и какую роль она играет?

  Для решения поставленных задач я провёл собственное исследование, изучив материал из интернета, специальной литературы, анализируя внешний вид растений.                                      

II.              Основная часть

   Глава 1. Что такое симметрия? Симметрия в мире растений.

   «Симметрия» - слово греческого происхождения. Оно означает соразмерность, наличие определенного порядка, закономерности в расположении частей.

   В толковом словаре Ожегова С. И и Шведовой Н. Ю. слово симметрия имеет следующее значение: соразмерность, одинаковость в расположении частей чего-нибудь по противоположным сторонам от точки, прямой или плоскости.  [3,717]

   Природа – удивительный творец и мастер. Все живое в природе обладает свойством симметрии.

   Уместно привести слова известного немецкого математика Германа Вейля (1885 — 1955) о том, что посредством симметрии человек всегда пытался «постичь и создать порядок, красоту и совершенство».[4,7]

   С симметрией в природе мы встречаемся не менее часто, чем в человеческом творчестве. Именно природа издавна учила человека понимать симметрию, а затем и пользоваться ею. Кто не любовался симметричными формами снежинок, кристаллов, листьев, цветов? Симметричны животные, рыбы, птицы, насекомые. Симметрично человеческое тело. [4,7]

  Симметрия встречается уже у истоков человеческого знания, его широко используют все без исключения направления современной науки. Симметрия веками оставалась тем свойством, которое занимало умы философов, астрономов, математиков, художников, архитекторов и физиков. Древние греки были просто одержимы ею, и даже сегодня мы, как правило, стараемся применять симметрию во всем: от того, как мы располагаем мебель, до того, как мы укладываем наши волосы. Как только вы об этом задумаетесь, вы уже постоянно будете невольно искать симметрию в окружающих вас предметах. Что же такое симметрия? Какой глубокий смысл заложен в этом понятии? Почему симметрия буквально пронизывает весь окружающий нас мир? [4,4]

   Мы отправимся в необычное путешествие, а именно, в путешествие в мир растений.

   Растения окружают нас всюду: дома, в школе, на улице, в парке и лесу. Без этого царства растений Земля представляла бы голую безжизненную пустыню.

   Древние греки и другие древние народы наделяли растение человеческими чертами. И это не случайно. Ведь растение, как и другой живой организм, дышит, питается, растет, размножается.    [1,51]

   В Древней Греции пифагорейцы  обратили внимание на выявление симметрии в живой природе, в связи с развитием ими учения о гармонии.
   В 1961 году, как результат многовековых исследований, посвященных поиску красоты и гармонии окружающей нас природы, появилась наука биосимметрика.

   Глава 2. Виды симметрии.

• Осевая (зеркальная) симметрия.
• Центральная симметрия.
• Поворотная симметрия.
• Зеркально-поворотная симметрия.

      Рассмотрим некоторые виды симметрии.

1.     Осевая (зеркальная) симметрия.

    Что может быть больше похоже на мою руку или моё ухо, чем их собственные отражения в зеркале? И всё же руку, которую я вижу в зеркале, нельзя поставить на место настоящей руки... Иммануил Кант [4,10]

    Осевую симметрию часто называют зеркальной. Откуда такое название?

   Внимательно приглядимся к окружающей нас природе. Рассмотрим обыкновенный листок. Форма его не является случайной, она строго закономерна. Листок как бы склеен из двух более или менее одинаковых половинок. Одна из этих половинок положена зеркально относительно другой. Плоскость, разделяющая листок на две зеркально равные части называется «плоскостью симметрии». [прил. 3,а]

   Ярко выраженной осевой симметрией обладают листья, ветви, цветы, плоды. Зеркальная симметрия характерна для листьев, но встречается и у цветов. [прил. 3,б]

    Цветок анютины глазки имеет нечётное количество лепестков, поэтому он обладает осевой симметрией. [прил. 3,в]

   Ярко выраженной симметрией обладают листья, ветви, цветы, плоды. [4,37]

Ситуация, когда присутствует только зеркальная симметрия, характерна для листьев, но встречается и у цветов. [4,37]

   Центральную симметрию можно встретить повсюду. [прил. 3,г]

   Центральную симметрию наблюдаем на изображении цветков одуванчика,  мать-и-мачехи, сердцевины ромашки. [прил. 3,д]

   Центральная симметрия характерна для цветов и плодов растений.

   Остановимся на ягодах: голубика, черника, вишня и клюква. Рассмотрим разрез любой из этих ягод. Он представляет собой окружность, а окружность, как нам известно, имеет центр симметрии. [прил. 3,е]

    Ромашка обладает центральной симметрией, т.к. её сердцевина представляет собой окружность. Весь цветок обладает центральной симметрией только в случае чётного количества лепестков. [прил. 3,ж]

2.     Поворотная симметрия в природе.

    Цветы издавна считаются символом красоты и совершенства. По словам известного математика Германа Вейля (1885-1955), человек на протяжении веков пытался постичь и то и другое посредством симметрии. [прил. 3,з]

   Как истинный учёный, он считал, что цветы достойны внимания исследователя, потому что обладают свойством поворотной симметрии, весьма распространённой в мире растений. Биологи с математиками согласны: характер симметрии в строении цветка служит одним из его существенных признаков.

   Слово «симметрия» знакомо нам с детства. Глядя в зеркало, мы видим симметричные половинки лица, глядя на ладошки, мы тоже видим зеркально-симметричные объекты. Взяв в руку цветок ромашки, мы убеждаемся, что путём поворотов её вокруг стебелька, можно добиться совмещения разных частей цветка. Это уже другой тип симметрии: поворотный. [6]

    В многообразном мире цветов встречаются поворотные оси симметрии разных порядков. Однако наиболее распространена поворотная симметрия 5-го порядка. Эта симметрия встречается у многих полевых цветов (колокольчик, незабудка, луговая герань, лесная звездчатка, гвоздика, зверобой, лапчатка гусиная и др.), у цветов плодовых деревьев (вишня, яблоня, груша, мандарин и др.), у цветов плодово-ягодных растений (земляника, ежевика, малина, калина, черёмуха, рябина, боярышник, шиповник и др.), у ряда садовых цветов (настурция, флокс и др.). [4,38]

   Симметрия и асимметрия настолько взаимосвязаны, что должны рассматриваться как две стороны единого понятия. Наш мир — это не просто симметричный мир. Это симметрично-асимметричный мир. Довольно точно выразился известный французский поэт Поль Валери (1871 – 1945): «Мир беспорядочно усеян упорядоченными формами» [4,137]

   Поговорим подробнее о поворотной симметрии.

   Всякий раз при повороте на угол каждый лепесток встаёт на место соседнего и после n таких перемещений в одном направлении занимает исходное положение. Таким образом, порядок поворотной симметрии цветка определяется, по сути, числом лепестков.

   Например, цветок молочая имеет ось поворотной симметрии 2 порядка. [прил. 3,и]

   Ирис – поворотная симметрия 3 порядка. [прил. 3,к]

   Нередко встречаются цветы с поворотной симметрий 4-го порядка (сирень, чистотел). [прил. 3,к]

    Растения 6-го порядка (лилия, шафран) [прил. 3,л]

    Растения 8-го порядка (космея, сангвинария) [прил. 3,м]

    Растения 5-го (герань, лютик) [прил. 3,н]

3.     Зеркально-поворотная симметрия

   Идея симметрии часто служила учёным путеводной нитью при рассмотрении проблем мироздания. [4,33]

   В своей книге «Этот правый, левый мир» М. Гарднер пишет: «На Земле жизнь зародилась в сферически симметричных формах, а потом стала развиваться по двум главным линиям: образовался мир растений, обладающих симметрией конуса…[4,36]

   Характерная для растений симметрия конуса хорошо видна на примере фактически любого дерева [4,36] [прил. 3,о] Это проявление вертикальной поворотной оси и вертикальной плоскости симметрии, что определено силой тяжести.

      Если фигуру повернуть вокруг некоторой точки на 360°, то фигура совместится сама с собой. Точно так же можно повернуть фигуру 4 раза на 90 градусов и т. д. Каждый раз мы получим симметричные фигуры.

   Значит, можно говорить об ещё одном виде симметрии — повороте. Центральная симметрия является поворотной. Вращение происходит строго на угол 180°.

   Для цветов характерна поворотная симметрия. [4,37] Цветок зверобоя имеет поворотную ось 5-го порядка и не обладает зеркальной симметрией. [4,37] [прил. 3,п]   

   Часто поворотная симметрия цветов сочетается с зеркальной симметрией.  [4,37]

   Веточка акации имеет зеркальную и переносную симметрию. [4,37] [прил. 3,р]   

   Веточка боярышника обладает скользящей осью симметрии. [4,38] [прил. 3,р]   

   Двусторонней симметрией обладают листья многих растений. [прил. 3,с]   

   Цветки, имея двойные части, считаются цветками с двойной симметрией.

4.     Лучевая симметрия

   Присмотритесь внимательно и вы увидите, что лепестки каждого тела расходятся во все стороны, как лучи от источника света. В математике - это симметрия относительно точки, в биологии – лучевая симметрия. [прил. 3,т]                                                    

5.     Наследственность – это тоже симметрия.

   Человек передает свои наследственные признаки из поколения в поколение. Так же растения переходя от одного поколения к другому, наблюдается сохранение определенных свойств. Так из семечка подсолнечника вырастает новый подсолнух (подсолнечник) с таким же огромным соцветием – корзинкой, также исправно поворачивается к Солнцу. Это тоже есть симметрия, ее называют наследственностью. [прил. 3,у]   

III.          Заключение.

   Симметрия в природе противостоит хаосу, беспорядку. Она присутствует в нашей жизни буквально во всём. Некоторым она кажется скучной, некоторые любят её за спокойствие. Но как бы мы не относились к симметрии, она есть в нашей жизни, добавляя в неё мир, красоту. гармонию.

   Проведя  исследование различных  источников информации о симметрии, я пришёл к выводу, что природа устроена в соответствии с законами симметрии.   Все живое в природе обладает свойством симметрии.

    Выводы:

1.     Симметрия проникла в растительный мир, стала там полновластной хозяйкой.

      2. В растительном мире встречается билатеральная (зеркальная), лучевая, поворотная, симметрия конуса., осевая, центральная, наследственная симметрия, винтовая симметрия.

      3. В любом растении можно найти какую-то его часть обладающую осевой, центральной или винтовой симметрией.

      4. Центральная симметрия наиболее характерна для плодов растений и некоторых цветов.

      5. Симметрия форм, окраски цветов придаёт им красоту.

   Считаю, что моя работа  отражает явление симметрии в мире растений. Она имеет  познавательную и практическую ценность. Материалы данной работы можно применять  в повседневной жизни, при изучении тем на других предметах.

    Симметрия окружает человека, находя своё проявление как в живой, так и в неживой природе. Объяснение законов симметрии важно для понимания красоты, гармонии, жизни. Результаты проекта  будут интересны для учащихся средней и младшей школы.

   Растения хорошо приспособились к жизни в разных условиях.  [1,56] Мы должны помнить, что     бережное отношение  помогает сохранить природу не только для себя, но и для будущих поколений, чтобы и наши дети могли наслаждаться покоем и отдыхом в чудесном зеленом царстве растений. [1,81]      

   Чтобы познать тайны природы, тайны растительного мира, нужно все замечать вокруг, разглядывать понравившийся кустик, травинку, цветок и выражать свое восхищение природой…рассматривать их… восторгаться их красотой, неповторимостью.  [2,15]      

   Человек, понимающий жизнь природы и глубоко ее любящий, всегда будет ее верным защитником, не принесет ей вреда. [2,28]      

   Зоркий глаз, пытливый ум

   Для природы уникум!
   Красоту оберегай,

   И в обиду не давай!

   Все в природе подмечай,

   Если нужно выручай!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV.           Список использованных источников и литературы.

1.     Зверев А. Т. Экология: учебник для 2 класса общеобразовательных школ. – М.: Дом педагогики, 1998. – 112 с., ил.

2.     Минаева В. М. Экологическое воспитание в начальных классах: Пособие для учителя. – Мн.: Нар. Асвета, 1987. - - 112 с.

3.     Ожегов С. И., Шведова Н. Ю. толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражений/Российская академия наук. Институт русского языка им. В. в. Виноградова. – 4-е изд., дополненное. – М.: Азбуковник, 1998. – 944 стр.

4.     Тарасов Л. В.Т19. Этот удивительно симметричный мир: Пособие для учащихся. — М.: Просвещение, 1982. — 176 с, ил.

5.     http://otherreferats.allbest.ru.

6.     http://nsportal.ru/blog/shkola/matematika/all/2015/04/30/moi-stihi-o-simmetrii.

7.     https://ru.wikipedia.org.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V.              Приложение.

1.     Загадки о цветах.

 

Много лепестков атласных –

Желтых, белых, пестрых, красных.

            На меня ты погляди-ка,

Называюсь я …. гвоздика

 

Замечательный цветок,

Он как яркий огонек,

Пышный, важный, словно пан,

Распускается …..тюльпан

 

Посмотрите – у ограды

Расцвела царица сада.

Не тюльпан и не мимоза,

А в шипах красотка ….роза

 

Пышный, круглый, как кочан

Головой нам покачал.

Летом расцветает он,

Замечательный ….пион

 

Разукрашиваем летом

Клумбы, парки, цветники.

Мы своим морковным цветом,

А зовемся…..ноготки

 

Поворачиваем ловко

Он за солнышком головку.

Поле словно в желтых волнах.

Здесь цветет цветок ….подсолнух

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.     Словарь 

Асимметрия – отсутствие, нарушение симметрии.

Гармония – согласованность, стройность в сочетании чего-нибудь.

Герман Вейль – немецкий математик и физик-теоретик.

Закономерность – соответствие, отвечающее законам.

Иммануил Кант – немецкий философ, основатель «критицизма» и «немецкой классической философии»; профессор университета в Кенигсберге, иностранный почетный член Петербургской АН (1794).

Кристалл – твердое тело, имеющее упорядоченное, симметричное строение.

Лучевая симметрия – форма симметрии, при которой тело (или фигура) совпадает само с собой при вращении объекта вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром симметрии объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей или плоскостей двусторонней симметрии. Радиальной симметрией обладают такие геометрические объекты, как круг, шар, цилиндр или конус.

Наследственность – свойства организмов повторять от поколения к поколению сходные природные признаки.

Ожегов С. И. – советский лингвист, лексикограф, доктор филологических наук, профессор.

Симметрия – соразмерность, одинаковость в расположении частей чего-нибудь по противоположным сторонам от точки, прямой или плоскости.

Синоним – слово или выражение, совпадающее или близкое по значению с другим словом, выражением.

Совершенство – полнота всех достоинств, высшая степень какого-нибудь положительного качества.

Соразмерность – правильность в соотношении своих размеров, частей, в своем строении, пропорциональность.

Уникум – неповторимый, единственный в своем роде предмет, человек.

Хаос – отсутствие порядка, полная путаница.

Шведова Н. Ю. – советский и российский лингвист, доктор филологических наук, профессор, академик РАН.

 

 

 

 

 

 

 

3.     Фотографии растений

а)

 

 

б)

                

 

         зеркальная симметрия

 

в)

         

 

        осевая симметрия

 

 г)

                                  

 

                    центральная симметрия

 

 

 

 

 

             д)

                                      

 

                     центральная симметрия

 

              е)

                                

 

 

  

                       

 

                       

           

          

               центральная симметрия

 

 

 

 

 

 

            ж)                

 

                   

          

 

                  Ромашка обладает центральной симметрией

 

 

              з)

                    

 

                    Герман Вейль (1885 - 1955)

 

            и)

 

                     

 

               Цветок молочая – поворотная симметрия 2 - го порядка

 

        

            

 

           к)

                          

 

                      Ирис – поворотная симметрия 3 - го порядка

 

                              

 

                     Сирень, чистотел – поворотная симметрия 4 – го порядка

        

             л)

                              

 

                                

 

                        Лилия – 6 – го порядка

                        

 

                       Шафран – 6 – го порядка

 

            м)

                           

 

                       Космея, сангвинария – 8 – го порядка

                        

             н)

                              

 

                     Герань, лютик – 5 – го порядка

 

              о)

 

                                      

 

                         Симметрия конуса

 

                 п)

                           

 

                          Цветок зверобоя - поворотная ось 5 – го порядка

 

 

                 р)                

                                 

 

                           Веточка акации – зеркальная и переносеая симметрия.

                           Веточка боярышника обладает скользящей осью симметрии.

 

               с)

                                   

 

                             Двусторонняя симметрия

 

           

                 т)

 

                                    

 

                            Лучевая симметрия

 

           

 

 

 

                     у)

 

                             

 

                            Подсолнечник. Наследственность в симметрии