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数学应用(2)红木树——数学与自然  

2012-06-23 09:26:04|  分类: 随便写写 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      自然总是让人大吃一惊,当我们仔细看看自然界的各个领域,便会得出这样的结论:自然似乎懂得数学!

  那高高的海岸红木,那巨大的加利福尼亚美洲杉,都是地球上最古老的活在世上的东西。在它上面我们能够发现一些诸如同心圆、同心圆柱、平行线、概率、螺线以及比等数学概念。

  ●同心圆、圆柱体和平行线——

  在旧金山以北几英里的缪尔树木名胜古迹区,人们可以发现一丛巨大的红木树。在缪尔树木陈列室里有一个古代树的横断面。沿着断面上的同心环,有着许多历史资料的记录。在这些记录中,有基督的生日、诺尔曼人的征服,哥伦布发现新大陆等年份的标记。

一棵树的水平断面显示出同心圆的形式。正常每年生成一个圆环,环的宽度则依赖于气候的变化。干旱的季节所生的环窄些,除了用这些环确定树的大致年龄外,这些环还揭示了影响它生长的气候和自然现象的信息。科学家们能够用这些环来证实诸如干旱、火灾、洪水和饥荒等假说。

当观察树的整段长度时,这些同心圆表现为同心圆柱。这些圆柱的纵断面是一系列平行线。靠中心的平行线是树的心材(死细胞)。接下来是白木质的平行线,它为树木上下输送养料。随着树的生长,白木质圆柱层逐渐变为树的心材。在树皮与白木质之间有一个单细胞的圆柱层,称为形成层,新的细胞正是由形成层制造并变为树皮和白木质。

  ●概率——

  不同树种之间种子的大小和数量有着很大的差异,例如,七叶树的种子每磅只有27个,而相比之下红木树种子每磅却多达12000个。红木树的毯果长度在英寸到1英寸之间,其中带有80130个的种子。这些种子能够在15年之内发芽、生长。事实上,一棵巨大的红木树每年产生几百万颗种子,通过种子的数量对种子的发芽率予以补偿。在逆境下,许许多多小小的种子会增加红木树萌芽的机会。而种子发芽后说不定几千个中也只有一株有望长成大树。

  ●螺线——

  看一看红木树的树皮,人们注意到在它的生长图案中有一些轻微的旋动。这是一个在增大的螺线。它是由于地球的自转以及稠密森林中微弱阳光对红木树生长方式的影响两者造成的。

  ●比——

  有一个令人惊异的根系支撑着这些高大挺拔的巨树。这些根系主要由浅根(46英尺深)构成。支撑巨大红木树的是通过侧向向外的支根。根系与树高的比通常在之间。例如,树高为300英尺,则它根系的侧根从树干的底部算起大约要有100200英尺,才能为大树提供一个坚实的基础!

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