方案四:↓
图④中总路程为$2×100\sqrt{2}=200\sqrt{2}\approx282.8$(km),比方案三少了近20千米。这个方案似乎是最优的方案。然而,事实并非如此,有人给出了一个令人眼前一亮的方案。

图④
方案五:↓
图⑤中需要修建的公路路程为$AE+EC+BF+FD+EF\approx57.735×4+42.265=273.205$(km),该方案比方案四又减少近10千米,因此,这个方案才是最经济实用的。看到这里,或许你已经明白了其中的道理。蜜蜂修建巢穴也是一样,在相同条件下,蜜蜂肯定会优先选择需要建筑材料最少的方案,这就是最典型、最具代表性的蜂巢结构。因此,我们也不得不感叹自然界的生物竟是如此聪明。

图⑤

蜂窝式信号基站
早在公元前3世纪,古希腊数学家就知道蜂房的正六棱柱的巢是最经济的形状,在相同条件下,这种形状的巢容积是最大的。后来,人们从蜂巢的结构中受到启发,建立了形似蜂窝的无线电覆盖区域。这种方式覆盖区域的有效面积最大,覆盖相同范围区域所建的信号塔个数最少,有效地减少了建设投资。
上面这个问题让我们认识到,人类需要向大自然学习,自然界中物种进化,优胜劣汰,存在的往往就是最优的,自然界中包含的科学哲理更需要我们用心去探索和深入发掘。人类也需要敬畏自然,人类的力量是渺小的,与大自然和谐共处才是人类正确的选择。
思 考探究
蜂巢结构的优点给了我们很多启示,你还能找出生活中蜂巢结构应用的实例吗?
图④中总路程为$2×100\sqrt{2}=200\sqrt{2}\approx282.8$(km),比方案三少了近20千米。这个方案似乎是最优的方案。然而,事实并非如此,有人给出了一个令人眼前一亮的方案。
图④
方案五:↓
图⑤中需要修建的公路路程为$AE+EC+BF+FD+EF\approx57.735×4+42.265=273.205$(km),该方案比方案四又减少近10千米,因此,这个方案才是最经济实用的。看到这里,或许你已经明白了其中的道理。蜜蜂修建巢穴也是一样,在相同条件下,蜜蜂肯定会优先选择需要建筑材料最少的方案,这就是最典型、最具代表性的蜂巢结构。因此,我们也不得不感叹自然界的生物竟是如此聪明。
图⑤
蜂窝式信号基站
早在公元前3世纪,古希腊数学家就知道蜂房的正六棱柱的巢是最经济的形状,在相同条件下,这种形状的巢容积是最大的。后来,人们从蜂巢的结构中受到启发,建立了形似蜂窝的无线电覆盖区域。这种方式覆盖区域的有效面积最大,覆盖相同范围区域所建的信号塔个数最少,有效地减少了建设投资。
上面这个问题让我们认识到,人类需要向大自然学习,自然界中物种进化,优胜劣汰,存在的往往就是最优的,自然界中包含的科学哲理更需要我们用心去探索和深入发掘。人类也需要敬畏自然,人类的力量是渺小的,与大自然和谐共处才是人类正确的选择。
思 考探究
蜂巢结构的优点给了我们很多启示,你还能找出生活中蜂巢结构应用的实例吗?
答案
解:常见的蜂巢结构应用实例如下:
① 航空航天、轨道交通领域使用的蜂窝复合板材,在同等强度要求下质量远低于实心板材,可大幅降低飞行器、列车的自重,同时减少材料使用量;
② 建筑工程中使用的蜂窝状空心砖,相比同体积的实心砖消耗的原料更少,还拥有更好的隔热、隔音效果,能够减轻建筑整体承重;
③ 包装行业使用的蜂窝纸板,作为缓冲防护材料,用料少、强度高、可回收,能够替代传统的木质包装和泡沫缓冲材料,降低包装成本;
④ 声学场景使用的蜂窝状吸音板,相同占用空间下有效吸音面积更大,吸音降噪效果更优异,同时结构轻便。
答:生活中蜂巢结构的典型应用有蜂窝复合航空材料、建筑蜂窝空心砖、缓冲包装蜂窝纸板、蜂窝式吸音板等,这类应用都充分利用了蜂巢结构用料少、结构强度高、空间利用率优的核心优势。
① 航空航天、轨道交通领域使用的蜂窝复合板材,在同等强度要求下质量远低于实心板材,可大幅降低飞行器、列车的自重,同时减少材料使用量;
② 建筑工程中使用的蜂窝状空心砖,相比同体积的实心砖消耗的原料更少,还拥有更好的隔热、隔音效果,能够减轻建筑整体承重;
③ 包装行业使用的蜂窝纸板,作为缓冲防护材料,用料少、强度高、可回收,能够替代传统的木质包装和泡沫缓冲材料,降低包装成本;
④ 声学场景使用的蜂窝状吸音板,相同占用空间下有效吸音面积更大,吸音降噪效果更优异,同时结构轻便。
答:生活中蜂巢结构的典型应用有蜂窝复合航空材料、建筑蜂窝空心砖、缓冲包装蜂窝纸板、蜂窝式吸音板等,这类应用都充分利用了蜂巢结构用料少、结构强度高、空间利用率优的核心优势。
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