@ 2021.09.02 , 16:58

完美的形状:数学家终于发现了刻画所有鸟蛋外形的方程

来自肯特大学、环境处理研究所和Vita-Market有限公司的研究人员发现了可以描述自然界中存在的任何鸟蛋的通用数学公式。这是一项数学家和工程师企盼已久的壮举。

从分析的角度来看,卵形长期以来吸引了数学家、工程师和生物学家的注意。这种形状因其进化程度而受到高度重视,因为它足够大,可以孵化胚胎,又足够小,母体可以以最有效的方式排出。同时,生产之后,蛋不会滚走,结构上足以承受重量,是自恐龙以来幸存的10500个物种的生命之始。鸡蛋被称为 "完美的形状"。

对所有鸟蛋形状的分析使用到四种几何图形:球体、椭球形、卵球形和梨形,其中梨形的数学公式还没有得出。

为了纠正这一点,研究人员在卵圆形的公式中引入了一个额外的函数,开发了一个数学模型来适应一个完全新颖的几何形状,保留球体-椭球体演变的最后阶段的特征,适用于任何鸟蛋形状。

新的通用公式基于四个参数:蛋长度、最大宽度、垂直轴的移动以及鸡蛋长度四分之一处的直径。

寻求已久的通用公式不仅是理解鸡蛋形状本身的重要一步,也是理解它如何以及为何如此进化的重要一步,从而使广泛的生物和技术应用成为可能。

对基本鸟蛋形状的数学描述已经在食品研究、机械工程、农业、生物科学、建筑和航空领域找到了应用。作为一个例子,这个公式可以应用于鸡蛋形状的薄壁容器的工程建设,它应该比典型的球形容器更强大。

引入数学公式来描述,生物系统学、技术参数优化、鸡蛋孵化和家禽选择等领域的工作将被大大简化。

准确和简单地确定生物物体的物理特征。鸡蛋的外部特性对于开发鸡蛋孵化、加工、储存和分类技术的研究人员和工程师来说至关重要。需要使用鸡蛋的体积、表面积、曲率半径和其他描述鸡蛋轮廓的指标来进行简单的识别过程,本公式提供了这种方法。

对于生物启发工程,鸡蛋是自然的生物系统,被研究用来设计工程系统和最先进的技术。鸡蛋状的几何图形在建筑中被广泛采用,因为它能以最小的材料消耗承受最大的负荷,现在利用公式可以很容易地进行计算设计。

肯特大学的遗传学教授和这项研究的PI达伦·格里芬说,"生物进化过程,如鸡蛋的形成,必须进行数学分析,作为进化生物学研究的基础。这个通用公式可以应用于各个基础学科,特别是食品和家禽业。"

该研究发表在《纽约科学院年鉴》上。

https://phys.org/news/2021-08-reveals-ancient-universal-equation-egg.html


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