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Le spirali sono alla base del mondo vivente. Il nucleo cellulare è costituito da una lunga catena a spirale, il DNA, riportante l'intero codice genetico. Anche la forma di certi organismi può essere a spirale come quella dell'ammonite, vissuto 300.000.000 di anni fa. Archimede ne scrisse un trattato, "Sulle Spirali". anche nella natura inanimata scopriamo spirali come ad esempio la galassia a spirale. Le spirali sono anche alla base dei frattali. Ci sono tre tipi comuni di spirali piane, la più importante delle quali per quanto riguarda i frattali è la spirale logaritmica. La spirale evoluta è quella che si ottiene srotolando un gomitolo e tenendo il filo sempre teso; la fine del filo traccerà una spirale. Il modo migliore per rappresentarla è con le coordinate polari r e f che costituiscono una valida alternativa alle coordinate cartesiane. r corrisponde alla distanza del punto P dall'origine (in modulo) e f all'angolo tra OP e l'asse delle x. Da notare che r è sempre maggiore o uguale a 0 e l'angolo cresce in senso antiorario da 0 e una rotazione completa aumenta l'angolo di 2p radianti. La spirale di Archimede è la più semplice ed è espressa in coordinate polari con la formula r = af. Tutte le spirali di Archimede sono simili, differiscono solo per scala.
La spirale logaritmica sostituisce la r della spirale di Archimede con il log r, log r = af. Se a è maggiore di 0 la spirale cresce all'infinito, se è minore di 0 procede verso il centro, se a=0 si ha una circonferenza. Il fattore di crescita dipende da f. Si può interpretare come gli spostamenti di una barca attorno ad un faro. Dopo un tratto in linea retta con angolo iniziale b rispetto alla linea che la congiunge con il faro, la nave avrà un angolo di b + a e dovrà aggiustare la rotta. Considerando spostamenti infinitesimi, riducendo a, si arriva ad una spirale indistinguibile da una spirale matematica.
Nel 1957 A. E. Bosman con la geometria nel pianeta: un campo miracoloso di ricerca voleva mostrare le miracolose figure geometriche della natura, prima fra tutte la spirale. Una delle sue figure più importanti è l'albero di Pitagora la cui costruzione è basata sul sistema binario.
Un quadrato ha un lato in comune con un triangolo rettangolo isoscele, che a sua volta ha gli altri due lati in comune con altri due quadrati e così via. La somma delle aree dei due quadrati più piccoli, per il teorema di Pitagora, è uguale all'area del quadrato iniziale e così anche le aree dei quadrati che si formano nei passaggi successivi, sommate, daranno l'area del primo quadrato. Si può avere un albero asimmetrico semplicemente costruendo un triangolo rettangolo qualsiasi sul lato del primo quadrato.
La forma avvolta non è altro che una spirale logaritmica.
Si possono creare infinite spirali partendo dai quadrati. L'albero di Pitagora è un buon esempio di frattale matematico. Vi sono anche frattali a forma di stella, costruiti per esempio con una linea chiusa e successivi segmenti che si incrociano tutti con lo stesso angolo. Si può comparare la curva di von Koch con una costa della Bretagna, ma la natura è creata con casualità. Se si considera la somiglianza statisticamente si creano frattali più realistici. Per far ciò occorre che ogni parte del frattale abbia le stesse proprietà statistiche. I metodi basati sul caso sono detti metodi di Monte Carlo, e in modo più formale stocastici dal verbo greco che sta per indovinare. Si può vedere come i frattali siano influenzati da una certa casualità controllata. Ci sono diversi modi di introdurre il caso nella costruzione dei frattali e oggi ci sono programmi per computer che possono creare lunghe serie arbitrarie di numeri casuali. Per esempio si sceglie un numero di 4 cifre e si eleva al quadrato, poi si tolgono la prima e l'ultima cifra finché non rimangono ancora 4 numeri, si procede ancora con il quadrato e con il taglio delle cifre e così via: il risultato è una serie di numeri casuali tra 0 e 9999 che non fallisce test statistici di casualità e nello stesso tempo e stata creata con una regola precisa. Tutto deriva dal primo numero, quindi è una sequenza deterministica, ma dà l'impressione che sia caotica.
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