Исследовательский проект "Геометрия в архитектуре города Сургута"

Городское соревнование юных исследователей  «Шаг в будущее. Юниор» Геометрия в архитектуре  города Сургута Автор: Гркикян Ани Дерениковна МБОУ СШ №12, 6 класс Научный руководитель: Печеневская Инесса Марковна, учитель математики МБОУ СШ №12 1 2018 год СОДЕРЖАНИЕ Содержание…….….………………………………………………………..стр.2   Аннотация...…….….……………………………………………………….стр.3  Введение...…….….…………………………………………………..……..стр.5  Теоретическая часть…..………………..…………………………………..стр.6 Основная часть…..………………..…………...…….……………………..стр.8 Практическая часть…..………………..…………...…….………………...стр.13 Вывод…….…………………………………………………………………стр.14 Список литературы……...…………………………………………………стр.15 Приложение…….…………………………………………………………..стр.16                                                                        2 АННОТАЦИЯ Описание проблемы или вопроса, подлежащего исследованию: на курсах «Наглядной   геометрии»   я   впервые   столкнулась   с   особым   миром геометрических   фигур,   узнала   бесконечность   их   разнообразия.   Я   задалась вопросами: А где и как геометрические фигуры можно встретить и увидеть на   улицах   нашего   города?   Как   архитектура   связана   с   геометрией?   Как строители нашего города создали красивые и удобные и прочные сооружения? Гипотеза: все здания и сооружения которые нас окружают – это геометрия. В основе   архитектурного   сооружения   лежат   геометрические   фигуры   и геометрия является основой  архитектурных проектов. Цель работы: исследование связи геометрии и архитектуры.   Актуальность: Ценность данного исследования, на мой взгляд, заключается в том, что данный материал может быть интересен как школьникам, которые увлекаются математикой, так и учителям нашего города на дополнительных занятиях,  а   также,   возможно,   поможет   привлечь   внимание   будущих архитекторов к необходимости разнообразить архитектурный облик родного города. Методы исследования:  3  Работа   с   учебной   и   научно­популярной   литературой,   Интернет ресурсами с целью открытия неизвестных фактов.   Наблюдение, систематизация и анализ освоенного материала.  Подготовка обобщенных выводов. ВВЕДЕНИЕ Для достижения цели я решила следующие задачи:   Самостоятельно изучила понятия геометрии и архитектуры.  Исследовала   дополнительную   литературу,     расширила   знания   по геометрии   и   ее   практическому   применению,   в   том   числе   и     в архитектуре.  Познакомилась с историей города и людьми, которые внесли большой вклад в его развитие.  На   примерах   архитектурных   строений   города   Сургута   выявила зависимость  друг от друга архитектуры и геометрии.  Проанализировала   и   обобщила   полученные   из   разных   источников сведения.  Создала свой проект архитектурного объекта будущего.   Сделала выводы. Описание метода, который использовался в работе: В ходе поисковой работы исследовать архитектурные проекты нашего города,   их   усовершенствование   в   течении   истории   развития   города, проследить   наличие   геометрических   форм   в   конструкциях   зданий. Представить фотографии и описания зданий указанием геометрических фигур и тел,  входящих в состав. 4 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Геометрия   –   это   раздел   математики,   изучающий   фигуры,   формулы, объем,  площадь   и  т.  д.    Слово  «геометрия»  греческого   происхождения.  В буквальном смысле оно означает «землемерие».  Геометрия   возникла   очень   давно,   это   одна   из   самых   древних   наук. Родиной   геометрии   считают   обыкновенно   Вавилон   и   Египет.   Греческие писатели единодушно сходятся на том, что геометрия возникла в Египте и оттуда перенесена в Элладу. Однако точных сведений о познаниях египтян в области геометрии мы не имеем.  Единственным первоисточником, дошедшим до нас, является папирус, написанный   при   фараоне   Payee   ученым   писарем   его   Ахмесом   (Ahmes)   в период между 2000 и 1700 г. до нашей эры. Первые шаги культуры всюду, где она возникала, в Китае, в Индии, в Ассирии, в Египте, были связаны с необходимостью измерять расстояния и участки   на   земле,   объемы   и   веса   материалов,   продуктов,   товаров;   первые значительные сооружения требовали нивелирования, выдержанной вертикали, знакомства с планом и перспективой.1. Геометрия в первоначальном значении есть наука о фигурах, взаимном расположении и размерах их частей, а также о преобразованиях фигур. Это 1 История геометрии https://xreferat.com/54/1979­1­istoriya­geometrii.html 5 определение   вполне   согласуется   с   определением   геометрии   как   науки   о пространственных формах и отношениях. В современном, более общем смысле, геометрия тесно переплетается с другими разделами математики и её границы не являются точными. Великий   французский  архитектор   Корбюзье   как­то   воскликнул:  «Все вокруг геометрия!». Сегодня уже в начале XXI столетия мы можем повторить это   восклицание   с   еще   большим   изумлением.   В   самом   деле,   посмотрите вокруг   —   всюду   геометрия!   Современные   здания   и   космические   станции, авиалайнеры и подводные лодки, интерьеры квартир и бытовая техника – все имеет   геометрическую   форму.   Геометрические   знания   являются   сегодня профессионально значимыми для многих современных специальностей: для   для   рабочих   и   ученых. 2 дизайнеров   и   конструкторов, Для чего же нужна геометрия? И.Ф. Шарыгин считает, что: «Во­первых, геометрия является  первичным видом интеллектуальной  деятельности, как для   всего   человечества,   так   и   для   отдельного   человека.   Мировая   наука начиналась   с   геометрии.   Ребенок,   еще   не   научившийся   говорить,   познает геометрические   свойства   окружающего   мира.   Многие   достижения   древних геометров (Архимед, Аполлоний) вызывают изумление у современных ученых. Во­вторых, геометрия является одной составляющей общечеловеческой культуры. Некоторые теоремы геометрии являются одними из древнейших памятников мировой культуры. Человек не может по­настоящему развиться культурно   и   духовно,   если   он   не   изучал   в   школе   геометрию;   геометрия возникла не только из практических, но и из духовных потребностей человека. Основой   геометрии   является   принцип   доказательности   всех утверждений.   И   это   единственный   школьный   предмет,   включая   даже   полностью   основанный   на предметы   математического   цикла, последовательном   выводе   всех   утверждений.   Людьми,   понимающими,   что 2 И.Ф. Шарыгин "Нужна ли школе XXI века Геометрия?" http://wiki.tgl.net.ru/index.php 6 такое   доказательство,   трудно   и   даже   невозможно   манипулировать.»3 Огромно   практическое   применение   геометрии,   трудно   указать   те отрасли народного хозяйства и науки куда бы не проникла геометрия. Без участия   геометрии   немыслимо   было   бы   освоение   космоса.   Геометрия необходима и инженеру, и архитектору, и колхознику. Архитектура   ­   это   вид   искусства,   представляющий   собой   систему, зданий   и   сооружений,   формирующих   пространственную   среду   для   жизни человека4. Разнообразные линии,  фигуры, поверхности  можно встретить  не только   в   учебниках   по   геометрии,   но   повсюду   вокруг   нас   мы   видим,   что многие здания, постройки, архитектурный декор имеют форму известных нам геометрических фигур. Геометрия   и   архитектура,   зародившись   вместе,   развивались   и совершенствовались: от простейших жилых конструкций и негласных правил до   тщательно   спроектированных   шедевров   и   чётких   законов.  Геометрия   и потребности человека в комфорте, красоте и самовыражении диктуют свои правила. В архитектуре чаще используются объёмные геометрические фигуры. Геометрические   тела,   стороны   которых   в   трёхмерном   пространстве образованы   ограниченными   плоскостями   (гранями),   носят   название "многогранники".   Виды   многогранников   насчитывают   не   один   десяток представителей, отличающихся количеством и формой граней.  У всех многогранников есть общие свойства:  ­  Все   они   имеют   3   неотъемлемых   компонента:   грань   (поверхность многоугольника),   вершина   (углы,   образовавшиеся   в   местах   соединения граней),  ребро  (сторона   фигуры   или   отрезок,  образованный   в  месте   стыка двух граней). 3 4 ЗНАЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ В ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ http://kurs.znate.ru/docs/index­207164.html Википедия – Свободная энциклопедия /http://ru.wikipedia.org/ 7 ­   Выпуклость   означает,   что   тело   полностью   расположено   только   по   одну сторону плоскости, на которой лежит одна из граней. Правило применимо ко всем граням многогранника. Такие геометрические фигуры в стереометрии называют термином выпуклые многогранники5. Призма  ­   это   многогранник,   в   основаниях   которого   лежат   равные многоугольники, а боковые грани ­ параллелограммы. Куб ­ прямоугольный параллелепипед, у которого все рёбра равны. Пирамида  ­   многогранник,   основание   которого   –   многоугольник,   а остальные грани ­ треугольники, имеющие общую вершину. Конус  (от до.­греч. ­  Κώνος  «сосновая шишка» ­    тело, полученное объединением  всех   лучей,   исходящих   из   одной   точки   (вершины   конуса)   и проходящих через плоскую поверхность. Цилиндр   (прямой круговой) ­ это  тело, состоящее из двух кругов, лежащих в разных плоскостях  и совмещаемых параллельным переносом, и всех отрезков соединяющих соответствующие точки этих кругов.  Сф раее     ­     геометрическое   место   точек,   равноудалённых   от   данной точки, называемой центром сферы. Шар  ­  часть пространства, ограниченная сферой6.  ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Город   Сургут   —   один   из   старейших   сибирских   городов.   Основан   в феврале 1594 года по Указу царя Фёдора Иоанновичп. В 1923 г. из уездного города был преобразован в село, 28 августа 1958 г. ­ в рабочий поселок,  а 25 июня 1965 г. ему присвоили статус города окружного значения. 5 6  Многогранники http://servicren.weebly.com/updates/praviljnie­mnogogranniki­v­arhitekture Многогранники http://fb.ru/article/247962/mnogogranniki­v­arhitekture­arhitekturnyie­formyi­i­stili 8 Сургут славен не только своей историей, но и своим особым  обликом:   памятниками  оригинальной  уникальной   архитектурой, планировкой, исторического и культурного наследия. Я по­новому взглянула на некоторые сооружения своего города, способные одним своим видом вызывать целую бурю   эмоций.   Одни   вызывают   удивление,   другие   ­   улыбку,   третьи   ­ восхищение. Но главное ­ они никого не оставляют равнодушными. Искусство   проектирования   и   возведение   зданий,   каковым   является архитектура, началось тогда, когда появился человек. Еще первобытные люди использовали в качестве жилья шалаши, ямы и различные укрытия.  Так,   на   территории   Историко­культурного   центра   «Старый   Сургут» расположены Дома коренных народов Севера в форме  конуса, по которым можно узнать, как выглядели первые жилища на землях нынешнего Сургута (рис.1). Сургут, как поселение, с самого его основания до середины XX века, был деревянным. Сейчас деревянных домов почти не осталось, т.к. дерево легко горит и гниет с течением времени.  С тех времен и до настоящего времени наука и искусство шли рука об руку.  Около 400 лет назад Сургут был обычной деревушкой (рис.2), но люди Сургута с по мощью геометрии превратили простую деревню в целый город (рис.3).  Сургут,   как   и   любое   другое   городское   пространство   –   это   мир геометрических   тел.   Архитектурные   здания   в   своём   большинстве   – многогранники или их простые и сложные комбинации (рис.4).    В   архитектуре   городов   её   правила   соединились   с   потребностями   и фантазией   человека. многофункциональны, поэтому на улицах их больше чем других.    Прямоугольные   строения   устойчивы   и В большинстве зданий, окружающих нас, преобладают четкие линии и прямые углы, что очень схоже с такой фигурой как  куб и прямоугольный 9 параллелепипед.  Примером может служить здание местной администрации (рис.5). Прямые   призмы  –   самые   распространённые   многогранники   в архитектуре любого города. Это маленькие «хрущёвки», многоэтажные дома, а также массивные небоскрёбы7 (рис. 6­7).   На рубеже  XX­ XXI веков в архитектуре Сургута отмечаются новые тенденции: возведение офисных зданий, торгово­развлекательных центров в стиле хай­тек,  строительство жилых домов по индивидуальным проектам. В настоящее время среди серых унылых типовых домов встали здания более разнообразных геометрических форм, которые очень украсили наш город.   Украшением   города   стал   первый   университет   Югры   ­   Сургутский государственный университет.   Характерным примером  наклонной призмы является часть здания главного корпуса по пр. Ленина, 1 (Рис. 8), в котором расположен Театр СурГУ   (сдан в эксплуатацию в 2005 году). В советские времена   здесь   планировали   возвести   Дворец   молодежи.     Каркас   здания простоял более 20 лет   и только потом долгострой решено было передать университету. Сегодня на месте железобетонных конструкций возвышается огромное строение. Сине­белое здание со стеклянным фасадом напоминает большой корабль. Тем более что и расположен он на полуострове вокруг реки Сайма.   Отцом­основателем   и   первым   ректором   университета   стал   доктор физико­математических наук профессор Георгий Иванович Назин.8 Удивляет гостей нашего города здание ТРЦ «Вершина» (Рис. 9). Очень эффектно   смотрятся   элементы   здания,   выполненные   в   форме  усеченной призмы  .   Автор этого проекта ­ голландский архитектор Эрик ван Эгераат.   Внешне   торгово­развлекательный   центр   напоминает   вершину   айсберга,   а внутри ­ ледяную пещеру. Вот как Эгераат пояснил образ разламывающихся 7 8 Многогранники в архитектуре. Архитектурные формы и стили История СурГУ http://www.surgu.ru 10 льдин, которого он хотел достигнуть в проекте: «…Я ищу мотивы, форму, исходя   из   местных   условий.   Это   может   быть   нечто,   напоминающее вздыбленный   лед,   выполненный   в   камне   и   стекле.   Мне   важно,   чтобы   мой проект не вызвал отторжения в той среде, которая уже существует. Он будет соразмерным ей, но отличаться логикой – среди «зарослей» жилых домов ­ правильных   многоугольников,   центр   будет   будить   воображение   своими линиями, соразмерными восприятию человеком природы, в которой тоже нет прямых и параллельных линий».9 Правильные   и   неправильные   многогранники  не   только   придают прочность   и   устойчивость   архитектурным   сооружениям,   но   и   красоту, изящество. Интересную конструкцию составляют  вогнутые многогранники неправильной   формы   в   здании   Сургутнефтегазбанка   по  пр.Ленина,   19   и   в жилом комплексе по Игоря Киртбая,  18 (Рис. 10­11). Удивляет оригинальным фасадом, выполненным в форме правильных многогранников  гипермаркет «Богатырь», открытый в 2004 году  (Рис. 12). Над   воплощением   проекта   в   реальность   трудятся   специалисты   тюменской компании «Трест Уралстальконструкция­Тюмень». Архитектурные объекты в форме  правильных пирамид, украшающие здания,     В   этом   можно убедиться, изучая  элементы декора фасада здания отеля «Сити Центр» (Рис.  непременно   сделают   их   настоящим   шедевром.  13), которое воплотило в себе идею "город в городе". В оформлении верхнего основания   зданий   здания  СургГУ  (Рис.   14)  и   Газпрома  (Рис.   15)  также использованы пирамиды.  Проектирование   зданий,   принимающих   вид     многогранников,   –   в большинстве   случаев   сложная   задача.   Но   сочетать   различные   формы геометрических фигур для искусства важнее.  Удивительным разнообразием 9 Архитектурная экзотика Сургута http://surwiki.admsurgut.ru/wiki/index.php 11 форм и деталей отличаются современные здания и сооружения нашего города. Создано   много   оригинальных   проектов,   ставших   достопримечательностью города. Музей, посвященный Сургут­трансгазу изначально был открыт осенью 1993   года   как   геолого­минераломузей.   но   уже   в   1996   г.   переименован   в газпромовский. Музей  построен в виде  прямоугольного параллелепипеда, главной   же   особенностью   считаю   входящий   в   состав   здания  цилиндр   и сферу, которая украшает верхнюю часть здания (Рис. 16). Многие мечтают побывать в Лондоне, познакомиться с его архитектурой, но   не   каждый   имеет   такую   возможность.   Жителям   Сургута   повезло, поскольку именно у нас имеется точная копия знаменитого английского Биг­ Бена. Сама башня примерно в три раза меньше оригинала, в остальном же она полностью повторяет ее.   В здании размещается школа иностранных языков, открытая в 1997 г., а оригинальное здание Биг­Бена она получила только в 2004 г.   Сургутский Биг­Бен – это настоящее архитектурное чудо и яркая отличительная черта города10 (Рис. 17). Необычное сочетание различных многогранников делает неповторимым Немало   усилий и оригинальным здание по улице Энергетиков (Рис. 18).  прилагают   сургутские   архитекторы,   чтобы   создать   шедевры   храмовой архитектуры, такие, как Церковь Святителя Николая Чудотворца  (Рис. 19). История храма началась в 1980­х гг., когда в Сургуте еще  не было ни единой церкви.   Возведение   храма   закончилось   в   2009   г.   Это   одноглавое   здание высотой   почти   в   30   метров   из   белого   камня   с   невысокой колокольней. Церковь   бесстолпная,   одноглавая,   с   трехчастной   апсидой.   В цокольном   этаже   находится   ризница,   есть   небольшая   колокольня.   Главки храмовой   колокольни   и   апсиды   —   луковичные.  В   данном   сооружении представлены   различные   геометрические   фигуры.  Купола   собора   являются 10 Архитектура Сургута /https://www.votpusk.ru/country/dostoprim 12 совмещением полусферы и конуса. Широко используются цилиндрические колонны и полусферы.  В   2003   г.   состоялось   торжественное   освящение   одного   из   самых красивых   храмов   Ханты­Мансийского   округа   ­   Храма   Преображения Господня   (Рис.   20).   Архитекторами   выступили   московские   специалисты. Благодаря удачному месторасположению, здание видно издалека, хотя стоит на   окраине   города.   В   его   архитектуре   присутствует  цилиндр.  Именно   на цилиндры   опираются   купола   храма,   представляющие   собой   части  сферы, плавно переходящие в конус  .   Церковь   во   имя   Всех   Святых   в   Земле   Сибирской   Просиявших, торжественно   открытая   в   2005   г.,   выполнена   в   стиле   традиционного   и наиболее  распространенного  на  севере  древнего  храма, который в старину называли   «восьмерик   на   четверике».   Церковь   полностью   деревянная, выполнена   из   осины,   однокупольная,   высотой   более   20   метров   (Рис.   21). Остов прямоугольного сруба кверху постепенно сужается, облегчая облик и создавая устойчивую конструкцию. Сруб увенчан цилиндрическим  шатром, переходящим   в  конус  с  крестами   и   двумя  сферическими  маковками   с «чешуйчатым» покрытием ­ лемехом. На сегодняшний день это единственный деревянный храм в городе Сургуте. Единственный   на   данный   момент   исламский   храм   в   Сургуте   —   это Соборная мечеть. Ее торжественное открытие   состоялось в 1995 г. Здание может вместить около 600 прихожан. Мечеть представляет собой красивое куполообразное здание восточного стиля с одним минаретом (Рис. 22). Купол мечети   представляет   собой  полусферу,  которая   опирается   на  цилиндр,  а башни являются сочетанием цилиндра и конуса. Все рассмотренные мною объекты придают Сургуту свое определенное «лицо», делают его узнаваемым, непохожим не на один другой город. 13 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Работая   над   проектом,   я   задумалась   о   том,   какой   же   может   быть архитектура нашего города в будущем и попробовала  сама побыть в роли архитектора. Создавая эскиз зданий будущего, я еще раз убедилась, что без геометрии   здесь   не   справиться.   Практически   каждый   элемент   моего архитектурного комплекса — это геометрическая фигура (рис. 22), что еще раз   подтверждает,   что   геометрия   —   это   прикладная   наука,   которая порождает   стремление   к   творчеству.   Мне   кажется,   что   такой   проект   из современных экологических стройматериалов подойдет не для жилых зданий, а   для   торговых,   развлекательных   или   научных   центров   и   будет   очень выигрышно смотреться в сочетании с живым озеленением.  ВЫВОД: Целью моей работы было изучение геометрии вне школьной программы. Я попыталась раскрыть применение геометрия в практической деятельности человека при построении известных зданий города Сургута. Люди   различают   окружающие   их   предметы   по   форме.   Интерес   к разнообразию форм продиктован не только жизненной необходимостью, но и красотой формы. В наше время в странах и городах строятся новые и более интересные   здания   и   сооружения   с   использование   всего   многообразия 14 геометрических   форм   и   современных   технологий.   У   архитекторов появляются новые, более интересные идеи. Они стараются наш мир сделать более   красочнее   и   интересней,   заменяя   однообразные   сооружения современными архитектурными конструкциями.  Я считаю, что и наш город не исключение. У нас в городе есть много необычных   зданий   и   сооружений,   в   которых   сочетаются   различные геометрические   фигуры.   Мы  решили   исследовать   всё   это   многообразие объектов, которое появилось в нашем городе.  В процессе исследования мы искали в зданиях и сооружениях все те геометрические фигуры, с которыми познакомились на курсах «Наглядной геометрии».  Благодаря данной работе, рассмотрев на практике множество  объектов, мы убедились, что применяя разные геометрические формы в архитектуре, можно создавать разнообразные архитектурные сооружения, непохожие друг на друга. Таким образом, геометрия играет важную   практическую  роль в архитектуре,   и   в   нашей   жизни   в   целом.   Она   является   замечательным инструментом, помогающим установить порядок и гармонию в нашей жизни, понять эстетическую красоту мира. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. История геометрии https://xreferat.com/54/1979­1­istoriya­geometrii.html 2. И.Ф. Шарыгин "Нужна ли школе XXI века Геометрия?"  http://wiki.tgl.net.ru/index.php 3. ЗНАЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ В ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ  http://kurs.znate.ru/docs/index­207164.html 4. Википедия – Свободная энциклопедия /http://ru.wikipedia.org/; 15 5. Многогранники http://servicren.weebly.com/updates/praviljnie­ mnogogranniki­v­arhitekture 6. Многогранники http://fb.ru/article/247962/mnogogranniki­v­arhitekture­ arhitekturnyie­formyi­i­stili 7. Многогранники в архитектуре. Архитектурные формы и стили  http://fb.ru/article/247962/mnogogranniki­v­arhitekture­arhitekturnyie­ formyi­i­stili 8. История СурГУ http://www.surgu.ru 9. Архитектурная экзотика Сургута  http://surwiki.admsurgut.ru/wiki/index.php 10. 11. Архитектура Сургута /https://www.votpusk.ru/country/dostoprim; Источники иллюстраций: http://surgut.4geo.ru; http://www.citytowers.ru/viewtopic.php?id=1830; http://af1461.livejournal.com/225110.html; https://centre­surgut.wintega.com/; http://photo.qip.ru/users/0070026/151119952/172836845/; http://benheine.ru/page/zdanie_gazproma_surgut_foto/; ПРИЛОЖЕНИЕ  Рис. 1. Историко­культурный центр «Старый Сургут» Рис. 2. Фото старого Сургута. 16 Рис. 3. Фото современного Сургута. Рис. 4. Фото современного Сургута. Рис. 5.  Здание Сургутской городской  администрации Рис. 6. Из истории города 70­е годы Рис. 8.  Театр Сургутского государственного университета 17 Рис. 7. Новый микрорайон Сургута Рис. 9. ТРЦ Вершина Рис. 10. Жилой комплекс, ул. Игоря  Киртбая, 18 Рис. 11. Сургутнефтегазбанк, пр.Ленина, 19 Рис. 12. Торговый комплекс «Богатырь» Рис. 13 Отель «Сити Центр» Рис. 14 Сургутский государственный  университет 18 Рис. 15 СургутГазпром Рис. 16 Музей истории Сургутгазпром Рис. 17. Сургутский Биг­Бен Рис. 18. Сургут, ул. Энергетиков 19 Рис. 19 Церковь Святителя Николая  Чудотворца Рис. 20 Собор Преображения Господня          Рис. 22. Соборная мечеть Рис. 21  Церковь во имя Всех Святых  20 Рис. 22. Здания будущего 21