Учебный проект по геометрии "Симметрия и архитектура"

Муниципальное казенное образовательное учреждение «Красносельцевская средняя общеобразовательная школа»

Быковского муниципального района Волгоградской области

Учебный проект по геометрии:

2013г.

Содержание.

I. Введение………………………………………………………………………………………….………4

II. Теоретическая часть

1.Определение симметрии и виды симметрии……………………………………….5

2. Архитектура и стили архитектуры…………………………………………………………7

III. Исследовательская часть

Некоторые примеры применения симметрии в архитектуре……………..…10

Выводы……………………………………………………………………………………………………..15

Заключение………………………………………………………….......................................15

Список использованной литературы…………………………………………………….…16

Цель:

выявить насколько широко симметрия присутствует в архитектурных сооружениях.

Основополагающий вопрос:

Насколько часто симметрия используется при создании архитектурных сооружений? Можем ли мы считать использование симметрии приёмом гармонизирующим на восприятие архитектурных сооружений?

Гипотеза:

симметрия широко используется при проектировании архитектурных сооружений и оформлении фасадов зданий.

Задачи:

1. Определить, что называют симметрией.
2. Рассмотреть некоторые виды симметрии.
3. Определить, что называют архитектурой.
4. Рассмотреть стили архитектуры.
5. Исследовать некоторые архитектурные сооружения, при проектировании которых использовалась симметрия.

План работы над проектом:

1.        Формулирование темы проекта.

2.        Подбор и изучение основных источников по теме.

3.        Составление библиографии (литературы).

4.        Обработка и систематизация информации.

5.        Разработка плана проекта.

6.        Оформление  проекта.

7.        Публичное выступление с результатом исследования (защита проекта).

I. ВВЕДЕНИЕ

Симметрия является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков  пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство.

                                                      Г. Вейль

       Основополагающим понятием всего проекта является понятие симметрии, играющей ведущую, хотя и не всегда осознанную, роль в современной науке, искусстве, технике и окружающей нас жизни. Симметрия пронизывает буквально все вокруг, захватывая, казалось бы, совершенно неожиданные области и объекты.

      С давних пор человек наблюдал явление симметрии в природе. Крылья бабочек, зеркально повторяющие друг друга, симметричны. Кусты и деревья симметричны своим отражением в воде. Если мысленно провести вертикальную линию, разделяющую пополам человеческую фигуру, то левая и правая стороны тоже превратятся в части симметричной «композиции».

     Симметрия - одно из величайших таинств в природе. Она проявляется не только на уровне изображения и внешнего вида. Это явление и природное, и математическое, и художественное, и космическое.

    Чувство равновесия заложено в природе человека и его ощущения прекрасного. Поэтому античные строители пользовались симметрией как художественным приёмом, считая её одним из главнейших признаков гармонии.

II. Теоретическая часть

1.Определение симметрии и виды симметрии

Симметрия (др.греч. συμμετρία «соразмерность», от μετρέω — «меряю»), в широком смысле — соответствие, неизменность, проявляемые при каких-либо изменениях, преобразованиях.

Если мы заглянем в «Современный словарь иностранных слов», то обнаружим, что под симметрией понимается «соразмерность, полное соответствие в расположении частей целого относительно средней линии, центра... такое расположение точек относительно точки (центра симметрии), прямой (оси симметрии) или плоскости (плоскости симметрии), при котором каждые две соответствующие точки, лежащие на одной прямой, проходящей через центр симметрии, на одном перпендикуляре к оси или плоскости симметрии, находятся от них на одинаковом расстоянии...».

Симметрия, в геометрии, — свойство геометрических фигур. Две точки, лежащие на одном перпендикуляре к данной плоскости (или прямой) по разные стороны и на одинаковом расстоянии от нее, называются симметричными относительно этой плоскости (или прямой).

Фигура (плоская или пространственная) симметрична относительно прямой (оси симметрии) или плоскости (плоскости симметрии), если ее точки попарно обладают указанным свойством. Но это только один из видов симметрии, которую изучает математика, так называемая осевая симметрия.

Фигура симметрична относительно точки (центр симметрии), если ее точки попарно лежат на прямых, проходящих через центр симметрии, по разные стороны и на равных расстояниях от него. Этот вид симметрии называется центральной симметрией.

В пространстве аналогом оси симметрии является плоскость симметрии. Отображение пространства на себя относительно плоскости называют зеркальной симметрией. Название это оправдано тем,  что обе части фигуры, находящиеся по разные стороны от плоскости симметрии, похожи на некоторый объект и его отражение в зеркале.

Двусторонняя симметрия - симметричность относительно зеркального отражения. Билатеральная симметрия  — (она же двусторонняя) симметрия зеркального отражения, при которой объект имеет одну плоскость симметрии, относительно которой две его половины зеркально симметричны. Ось симметрии у билатерально симметричных объектов отсутствует.

Если фигура при повороте вокруг внутренней точки отображается на себя, то она обладает поворотной симметрией.

Трансляционная симметрия — тип симметрии, при которой свойства рассматриваемой системы не изменяются при сдвиге на определённый вектор, который называется вектором трансляции.

Сферическая симметрия — симметричность относительно вращения в трёхмерном пространстве на произвольные углы.

Еще одним видом симметрии является переносная симметрия. Этот вид симметрии состоит в том, что части целой формы организованы таким образом, что каждая следующая повторяет предыдущую и отстоит от нее на определенный интервал в определенном направлении. Этот интервал называют шагом симметрии. Переносная симметрия обычно используется при построении бордюров. В произведениях архитектурного искусства ее можно увидеть в орнаментах или решетках, которые используются для их украшения. Переносная симметрия используются и в интерьерах зданий.

2. Архитектура и стили архитектуры

 Архитектура - это строительное искусство, умение проектировать и создавать города, жилые дома, общественные и производственные здания, площади и улицы, парки. Во многих городах мира можно встретить церкви, дворцы и особняки, современные здания театров, библиотек перед которыми захочется остановиться и внимательнее их рассмотреть. Это потому, что здания и улицы, площади и парки, комнаты и залы своей красотой могут волновать воображение и чувства человека, как и другие произведения искусства. Шедевры архитектуры запоминаются как символы народов и стран. Всему миру известны Кремль и Красная площадь в Москве, Эйфелева башня в Париже, древний Акрополь в Афинах. Однако в отличие от других искусств,  произведения архитектуры люди не только созерцают, но и постоянно используют. Архитектура окружает нас и образует пространственную среду для жизни и деятельности людей.

 Ещё в древности задачи архитектуры определяли тремя качествами - пользой, прочностью, красотой. Известное стремление человека к красоте вдохновляет творческую фантазию архитектора на поиск всё новых необычных архитектурных форм, неповторимости облика и яркости художественного образа сооружения. Каждое здание производит своё впечатление: одно имеет торжественный, праздничный облик, другое - строгий, третье - лирический. Памятники архитектуры, относящиеся к разным эпохам и странам, отличаются друг от друга по внешнему виду или по стилю, как отличались условия проживания и художественные вкусы людей тех времен.

 Впечатление от здания во многом зависит от ритма, т.е. от четкого распределения и повторения в определенном порядке объемов зданий или отдельных архитектурных форм на здании (колонн, окон, рельефов и т.д.). Преобладание элементов вертикального ритма - колонн, арок, проемов, пилястр - создает впечатление облегченности, устремленности вверх. Наоборот, горизонтальный ритм - карнизы, фризы, пояса и тяги - придает зданию впечатление приземистости, устойчивости.

 В архитектуре, как и в других видах искусства, существует понятие стиля, т.е. исторически сложившейся совокупности художественных средств и приемов.

 Греческие зодчие впервые в истории строительства создали архитектурный ордер, т.е. установили четкие правила художественной обработки внешней формы конструкций, определили порядок размещения деталей и их размеры. Отличали дорический, ионический и коринфский ордеры. Все три ордера имеют одинаковые основные элементы, но отличаются друг от друга пропорциями и декоративной обработкой.

В средние века возник готический стиль. Готические здания отличаются обилием ажурных, как кружева, украшений, скульптур, орнаментов, поэтому и снаружи, и внутри они производят впечатление легкости и воздушности. Окна, порталы, своды имеют характерную стрельчатую форму. Фасады сооружений обладали зеркальной (осевой) симметрией.

Архитекторы Возрождения создали стиль - ренессанс, в котором использовали наследие античного искусства, греческие архитектурные ордеры. Правда, они применили их по-новому, более свободно, с отступлением от античных канонов, в других пропорциях и размерах, в сочетании с другими архитектурными элементами. Здания в стиле ренессанс были строгими по форме, с четкими прямыми линиями. Сохраняется симметрия фасадов.

Стиль барокко, пришедший на смену ренессансу, отличается обилием криволинейных форм. Грандиозные архитектурные ансамбли (группа зданий, объединенных общим замыслом) дворцов и вилл, построенных в стиле барокко, поражают воображение обилием украшений на фасадах и внутри зданий. Прямые линии почти отсутствуют. Архитектурные формы изгибаются, громоздятся одна на другую и переплетаются со скульптурой. От этого создается впечатление постоянной подвижности форм.

Все здания, построенные в стиле классицизма, имеют четкие прямолинейные формы и симметричные композиции. На фоне гладких стен выступают портики и колоннады, которые придают сооружениям торжественную монументальность и парадность. Декоративное убранство из барельефов и статуй оживляют облик зданий. Мастера классицизма сознательно заимствовали приемы античности и ренессанса, применяли ордеры с античными пропорциями и деталями.

В начале XX века появился стиль модерн. Этот стиль - попытка освободиться от долгого подражания античности, желание создать новые формы из новых строительных материалов - металла, стекла, бетона, керамики. Поиск новых форм и освоение новых материалов привели к новым видам композиций. Стиль не имеет строгих симметричных конструкций.

Кроме архитектурных стилей, возникших в истории европейской культуры, существует множество других стилей.  Русско–византийский стиль - встречается в церковном строительстве.  Ему присущи небольшие храмы крестово-купольного типа (план передает форму креста, центр которого увенчан куполом на барабане). Украшения сооружений - в античных традициях.

Древнерусскому    стилю характерно превосходное чувство пропорций, совершенство белокаменной кладки, широкое использование декоративных элементов (арочно-колончатые пояса, скульптурные маски, резные рельефы и т.д.). В архитектуре проявляется стремление к свободной планировке, живописности композиции и богатству убранства.    

Архитектура – удивительная область человеческой деятельности. В ней тесно переплетены и строго уравновешены наука, техника, искусство. Только соразмерное, гармоничное сочетание этих начал делает возводимое человеком  сооружение памятником архитектуры. Из всех видов искусств архитектура, на наш взгляд, ближе всех к математике: в основе конструкций лежат точнейшие расчеты.

III. Исследовательская часть.

Некоторые примеры  применения симметрии в архитектуре

Архитектурные сооружения, созданные человеком, в большей своей части симметричны. Они приятны для глаза, их люди считают красивыми. С чем это связано? Здесь можно высказать только предположения.

Во-первых, все мы с вами живем в симметричном мире, который обусловлен условиями жизни на планете Земля, прежде всего существующей здесь гравитацией. И, скорее всего, подсознательно человек понимает, что симметрия это форма устойчивости, а значит существования на нашей планете. Поэтому в рукотворных вещах он интуитивно стремится к симметрии.

Во-вторых, окружающие человека люди, растения, животные и вещи симметричны. Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что природные объекты (в отличие от рукотворных) только почти симметричны. Но это не всегда воспринимает глаз человека. Глаз человека привыкает видеть симметричные объекты. Они воспринимаются как гармоничные и совершенные.

Симметрия воспринимается человеком как проявление закономерности, а значит внутреннего порядка. Внешне этот внутренний порядок воспринимается как красота. Симметричные объекты обладают высокой степенью целесообразности – ведь симметричные предметы обладают большей устойчивостью и равной функциональностью в разных направлениях. Все это привело человека к мысли, что чтобы сооружение было красивым оно должно быть симметричным.

Симметрия использовалась при сооружении культовых и бытовых сооружений в Древнем Египте. Украшения этих сооружений тоже представляют образцы использования симметрии. Но наиболее ярко симметрия проявляется в античных сооружениях Древней Греции, предметах роскоши и орнаментов, украшавших их. С тех пор и до наших дней симметрия в сознании человека стала объективным признаком красоты.

Соблюдение симметрии является первым правилом архитектора при проектировании любого сооружения.

Стоит только посмотреть на великолепное произведение А.Н.Воронихина Казанский собор в Санкт-Петербурге (архитектурный стиль-классицизм), чтобы убедиться в этом. Если мы мысленно проведем вертикальную линию через шпиль на куполе и вершину фронтона, то увидим, что с двух сторон от нее абсолютно одинаковые части сооружения (колоннады и здания собора).  Но возможно, что вы не знаете, что в Казанском соборе есть еще одна, если можно так сказать «несостоявшаяся» симметрия.

Дело в том, что по канонам православной церкви вход в собор должен быть с востока, т.е. он должен быть с улицы, которая находится справа от собора и идет перпендикулярно Невскому проспекту. Но, с другой стороны Воронихин понимал, что собор должен быть обращен к главной магистрали города. И тогда он сделал вход в собор с востока, но задумал еще один вход, который украсил прекрасной колоннадой. Чтобы сделать здание совершенным, а значит симметричным, такая же колоннада должны была располагаться с другой стороны собора. Тогда, если бы мы посмотрели на собор сверху, то план его имел бы не одну, а две оси симметрии. Но замыслам архитектора было не суждено сбыться.

Миланский (итал. Duomo di Milano)  кафедральный собор Дуомо в Милане(Архитекторы А. и Ф. дельи Органи, Дж.А. Амадео и другие). Построен в стиле пламенеющей готики из белого мрамора. Строительство начато в 1386 году, однако завершилось оно лишь в начале XIX века, когда по распоряжению Наполеона закончено оформление фасада. Некоторые детали, однако, доделывались и позже: вплоть до 1965 года.

Фасад  сооружения обладает  зеркальной (осевой) симметрией. Окна, порталы, своды имеют характерную стрельчатую форму. Собор  отличается обилием ажурных, как кружева, украшений, скульптур, орнаментов, поэтому и снаружи, и внутри они производят впечатление легкости и воздушности.

Эйфелева башня.

Башня была сооружена по проекту А. Г. Эйфеля в Париже к Всемирной выставке 1889 года, приуроченной к 100-летию Великой Французской Революции. Башня обладает осевой симметрией.

Нотр-Дам-Де-Пари - огромный собор небывалой архитектуры, до сих пор вызывающий восторженный трепет у всех кто входит под его высокие гулкие своды. Столетиями он был в центре внимания историков и архитекторов, художников и писателей, самих парижан и гостей города, приезжавших специально для того, чтобы взглянуть на одно из самых знаменитых в мире строений. Собор Парижской божьей матери строили с 1163 по 1345 год, причем самое продолжительное время понадобилось для возведения башен, которые, так и не были достроены до конца. Их  квадратность добавляет собору изюминку. А вообще, башни, тянущиеся к небу, придают Нотр-Даму стройность, поднимая здание как бы вверх. Задуманный как главный и крупнейший собор в стране, он должен был вмещать до девяти тысяч человек.

 Массивность, свойственная романскому стилю, ещё ощутима на главном фасаде собора, особенно на его первом ярусе. Входы, устроенные, как сокращающиеся стрельчатые арки (перспективные порталы), богато украшены скульптурой и орнаментом. Таким его задумали ещё в 1163 году и начали возводить на месте капеллы Святого Стефана. И таким праздничным и нарядным он предстал через сто лет перед глазами восхищённых парижан.

Центрально-осевая симметрия определяет также форму некоторых архитектурных деталей, например, колонн и их капителей.

Прочие виды симметрии в архитектуре используются крайне редко.

Исследуя  тему симметрии  в архитектуре, мне стало любопытным найти симметрию  в  архитектурных зданиях и постройках  жилых домов родного края и  там, где я живу. Вот,  несколько примеров.

В стиле модерн построен крытый рынок г.Волгограда.

В стиле неоклассицизма на Проспекте им. В.И. Ленина здание педагогического университета.

Историко-краеведческий музей г. Камышина является представителем «русского барокко».

Классический стиль поддерживает Новый экспериментальный театр –НЭТ.

Здесь ярко выражена осевая  и зеркальная симметрии.

Это Дом культуры, здесь тоже присутствует осевая и зеркальная симметрии.

Вывод:

Таким образом, при исследовании данной темы, я выяснила, что симметрия в архитектуре различных времен и народов используется постоянно. И самые распространенные из них осевая, центральная, зеркальная и переносная. Чуть реже используется сферическая симметрия.

Заключение.

В своей работе я  рассмотрела архитектурные сооружения различных стилей, построенные в разные эпохи, и выявила, что в архитектуре каждого из них просматривается симметрия.

Памятники архитектуры, получившие широкую известность как образцы пропорциональности и гармонии, буквально пронизаны математикой, численными расчетами и геометрией.  

Исследования показали, что все виды симметрии используются при проектировании и конструировании архитектурных сооружений и оформлении фасадов зданий.

Симметрия встречается в жизни повсюду: в быту, архитектуре, строительстве. Значит люди неплохо относятся к ней, раз используют  в своих  целях: для красоты, удобства и изучения, то есть она им нужна и играет в их жизни не последнюю роль.

Я  считаю, что как бы ни развивалось в дальнейшем искусство, элементы симметрии в нем все же будут преобладать.

О, симметрия! Гимн тебе пою!

Тебя повсюду в мире узнаю

Ты в Эйфелевой башне, в малой мошке,

Ты в елочке, что у лесной дорожки.

С тобою в дружбе и тюльпан и роза

И снежный рай – творение мороза.