Исследовательская работа "Правильные многогранники: Икосаэдр"

Правильный многогранник. Икосаэдр

Выполнила Белозерова Мария, ученица 10 класса МОУ «Средняя школа №16», г.Кимры, Тверской области

Названия  правильных  многогранников  пришли  из  Греции.  В  дословном переводе  с  греческого  "тетраэдр",  "октаэдр",  "гексаэдр",   "додекаэдр", "икосаэдр"  означают:  "четырехгранник",  "восьмигранник",   "шестигранник", "двенадцатигранник", "двадцатигранник". Этим красивым телам  посвящена  13-я книга "Начал" Евклида. Их еще называют телами  Платона,  т.к.  они  занимали

важное место в  философской  концепции  Платона  об  устройстве  мироздания.

Четыре многогранника  олицетворяли  в  ней  четыре  сущности  или  "стихии".Тетраэдр имволизировал огонь, т.к. его вершина устремлена  вверх;  икосаэдр - воду, т.к. он самый "обтекаемый"; куб -  землю,  как  самый  "устойчивый"; октаэдр - воздух, как  самый  "воздушный".  Пятый  многогранник,  додекаэдр, воплощал  в  себе  "все  сущее",  символизировал  все  мироздание,  считался главным.

       Икосаэдр (от греческого ico – двадцать и hedra – грань).

      Правильный выпуклый многогранник, составленный из 20 правильных треугольников. Каждая из 12 вершин икосаэдра является вершиной 5 равносторонних треугольников, поэтому сумма углов при вершине равна 300°.

       У икосаэдра 30 ребер. Как и у всех правильных многогранников ребра икосаэдра имеют равную длину, а грани - равную площадь.  

       Икосаэдр имеет 15 осей симметрии, каждая из которых проходит через середины противоположных параллельных ребер. Точка пересечения всех осей симметрии икосаэдра является его центром

симметрии.

      Плоскостей симметрии также 15. Плоскости симметрии проходят через четыре вершины, лежащие в одной плоскости, и середины противолежащих параллельных ребер.        

Икосаэдр - геометрическое тело, форму которого принимают вирусы, состоящие из ДНК и белка, то есть икосаэдральная форма и пентагональная симметрия "являются фундаментальными в организации живого вещества".

 Правильные многогранники встречаются так же и в живой природе. Например, скелет одноклеточного организма феодарии (Circjgjnia icosahtdra) по форме напоминает икосаэдр.

         Большинство феодарий живут на морской глубине и служат добычей коралловых рыбок. Но простейшее животное защищает себя двенадцатью иглами, выходящими из 12 вершин скелета. Оно больше похоже на звёздчатый многогранник. Из всех многогранников с тем же числом граней икосаэдр имеет наибольший объём при наименьшей площади поверхности. Это свойство помогает морскому организму преодолевать давление толщи воды.

        Вирус не может быть совершенно круглым, как считалось ранее. Чтобы установить его форму, брали различные многогранники, направляли на них свет под теми же углами, что и поток атомов на вирус. Оказалось, что только один многогранник дает точно такую же тень - икосаэдр.

         Исключительностью икосаэдра среди Платоновых тел воспользовались вирусы.  Вирусная частица должна весь обмен клетки-хозяина перевернуть вверх дном; она должна заставить зараженную клетку синтезировать многочисленные ферменты и другие молекулы, необходимые для синтеза новых вирусных частиц. Все эти ферменты должны быть закодированы в вирусной нуклеиновой кислоте. Но количество ее ограничено. Поэтому для кодирования белков собственной оболочки в нуклеиновой кислоте вируса оставлено совсем мало места. Что же делает вирус? Он просто использует много раз один и тот же участок нуклеиновой кислоты для синтеза большого числа стандартных молекул — строительных белков, объединяющихся в процессе автосборки вирусной частицы. В результате достигается максимальная экономия генетической информации. По законам математики для построения наиболее экономичным способом замкнутой оболочки из одинаковых элементов нужно сложить из них икосаэдр, который мы наблюдаем у вирусов.

 Так «решают» вирусы сложнейшую (ее называют «изопиранной») задачу: найти тело наименьшей поверхности при заданном объеме и притом состоящее из одинаковых и тоже простейших фигур. Вирусы, мельчайшие из организмов, настолько простые, что до сих пор неясно — относить их к живой или неживой природе, — эти самые вирусы справились с геометрической проблемой, потребовавшей у людей более двух тысячелетий! Все так называемые «сферические вирусы», в том числе такой страшный, как вирус полиомиелита, представляют собой икосаэдры, а не сферы, как думали раньше.

Вирусы, построенные только из нуклеиновой кислоты и белка, могут походить на жесткую палочкообразную или гибкую нитевидную спираль, точнее на правильный двадцатигранник, или икосаэдр. Есть вирусы, размножающиеся в клетках животных (позвоночных и беспозвоночных), другие облюбовали растения, третьи (их называют бактериофагами или просто фагами) паразитируют в микробах, но икосаэдрическая форма встречается у вирусов всех этих трех групп.

Строение аденовирусов также имеет форму икосаэдра. Аденовирусы (от греческого aden - железо и вирусы), семейство ДНК-содержащих вирусов, вызывающих у человека и животных аденовирусные болезни.

Вирус кошачьей панлейкопении (FPLV) принадлежит к семейству парновирусов. Родственных возбудителей среди распространенных болезней человека нет. Вирус - сферический двадцатигранник - икосаэдр, мелкий, размер около 20 нм (0,00002 мм), простой по структуре, не имеет внешней оболочки; геном одна молекула однотяжевой ДНК с молекулярной массой около 2 млн. Вирус очень стабилен, может сохранять активность вне организма месяцы и годы.

 Вирус гепатита В - возбудитель гепатита В, основной представитель семейства гепадновирусов. Это семейство включает также гепатотропные вирусы гепатита сурков, сусликов, уток и белок. Вирус ГВ является ДНК-содержащим. Он представляет собой частицу диаметром 42-47 нм, состоит из ядра-нуклеоида, имеющего форму икосаэдра диаметром 28 нм, внутри которого находятся ДНК, концевой белок и фермент ДНК-полимераза.

Итак, выполнив эту работу,  я узнала много нового и  интересного о правильном многограннике - икосаэдре.

Выполняя работу по изготовлению модели икосаэдра, изучая материал  узнала, что  первыми правильные полуправильные многогранники изучали ещё древние учёные Платон и Архимед. В наши дни многие ученые занимаются изучением многогранников.   Свойства многогранников используются в различных сферах деятельности человека. Например, в архитектуре: почти все здания строятся с соблюдением симметрии.  

Таким образов вся наша жизнь наполнена многогранниками, с ними сталкивается каждый человек: и маленькие дети и зрелые люди.

В своей работе я обобщила собранный по теме материал и изготовила фигуру икосаэдр, и сфотографировала данную фигуру. Мне было  интересно работать над выбранной  темой реферата.