Презентация "Мозаика Пенроуза" (7 класс) по мхк – проект, доклад

И древние исламские узоры

Мозаика Пенроуза

Презентацию выполнила ученица 7Б класса ЦО №1679 Жердер Марина. Руководители проекта Синюкова Е.В. и Жердер В.М.

Что такое мозаика

Мозаика представляет собой узор, собранный из плиток разных форм. Ими можно замостить бесконечную плоскость без пробелов.

Периодическая мозаика-это мозаика, рисунок которой повторяется через равные промежутки. Непериодическая мозаика-это мозаика, рисунок которой может повторяться через неравные промежутки.

Мозаики в природе

В природе также много примеров периодической мозаики. В основном это кристаллы твёрдых веществ - например: Кристалл соли Кристалл алмаза Кристалл графита Кристалл графена

Мозаики в картинах Эшера

Мозаики - важная тема в искусстве. Художник М.К.Эшер известен своими мозаиками и не реальными картинами.

Что же такое мозаика Пенроуза?

В 1973 году английский математик Роджер Пенроуз (Roger Penrose) создал особенную мозаику из геометрических фигур, которая так и стала называться - мозаикой Пенроуза.

Многоугольные плиты мозаики

Мозаика Пенроуза представляет собой мозаику, собранную из многоугольных плиток двух определённых форм.

Симметрия мозаики

Получающееся изображение выглядит так, будто является неким "ритмическим" орнаментом – картинкой, обладающей трансляционной симметрией.

Симметрия

Трансляционная симметрия означает, что в узоре можно выбрать определённый кусочек, который можно "копировать" на плоскости, а затем совмещать эти "дубликаты" друг с другом параллельным переносом.

Структура Мозаик

Однако, если присмотреться, можно увидеть, что в узоре Пенроуза нет таких повторяющихся структур – он непериодичен. Но дело отнюдь не в оптическом обмане, а в том, что мозаика не хаотична: она обладает вращательной симметрией пятого порядка.

Минимальный угол

Это значит, что изображение можно поворачивать на минимальный угол, равный 360 / n градусам, где n – порядок симметрии, в данном случае n = 5. Следовательно, угол поворота, который ничего не меняет, должен быть кратен 360 / 5 = 72 градусам.

Необычное явление

В 1984 году Дэн Шехтман занимаясь изучением строения алюминиево-магниевого сплава, обнаружил, что на атомной решётке этого вещества происходит необычное для кристаллов физическое явление.

«Неправильные» кристаллы

Образец вещества, подвергнутый специальному методу быстрого охлаждения, рассеивал пучок электронов так, что на фотопластинке образовывалась ярко выраженная дифракционная картина с симметрией пятого порядка в расположении дифракционных максимумов (симметрия икосаэдра).

Квазикристаллы

Учёные договорились о том, что данный вариант будет назваться квазикристаллами – чем-то вроде особого состояния вещества. И для него уже давно была готова математическая модель - мозаика Пенроуза.

В 2007 году физики Питер Лу и Пол Стейнхардт опубликовали в журнал Science статью, посвящённую мозаикам Пенроуза.

Публикация 2007года

Интерес к квазикристалам

Казалось бы, неожиданного тут немного: открытие квазикристаллов привлекло живой интерес к данной теме, что привело к появлению кучи публикаций в научной прессе.

Узоры в Азии

Однако изюминка работы в том, что она посвящена далеко не современной науке. Да и вообще — не науке. Питер Лу обратил внимание на узоры, покрывающие мечети в Азии, построенные ещё в Средневековье.

В исламском орнаменте выделяют два стиля: Гирих (перс.) – сложный геометрический орнамент, составленный из стилизованных в прямоугольные и полигональные фигуры линий. В большинстве случаев используется для внешнего оформления мечетей и книг в крупном издании.

Стили. Гирих

Ислими

Ислими (перс.) – вид орнамента, построенного на соединении вьюнка и спирали. Воплощает в стилизованной или натуралистической форме идею непрерывно развивающегося цветущего лиственного побега. Наибольшее распространение он получил в одежде, книгах, внутренней отделке мечетей, посуде.

Мозаики Узбекистана

Находясь во время путешествия в Узбекистане, Лу заинтересовался узорами мозаик, украшавшими местную средневековую архитектуру, и приметил в них что-то знакомое.

Обложка Корана 1306-1315 годов и прорисовка геометрических фрагментов, на которых основан узор.

Мозаики разных стран

Вернувшись в Гарвард, учёный стал рассматривать аналогичные мотивы в мозаиках на стенах средневековых построек Афганистана, Ирана, Ирака и Турции.

Исламские мозаики

Этот образец датирован более поздним периодом – 1622 год (индийская мечеть).

Схемы гирихов

Питер Лу обнаружил, что геометрические схемы гирихов практически одинаковы, и смог выделить основные элементы, использовавшихся во всех геометрических орнаментах. Кроме того, он нашёл чертежи этих изображений в старинных манускриптах, которыми древние художники пользовались в качестве своеобразной шпаргалки по украшению стен.

Порядок построения

Для создания этих узоров применяли не простые, случайно придуманные контуры, а фигуры, которые были расположены в определённом порядке. Древние узоры оказались точными построениями мозаик Пенроуза!

В исламской традиции существовал строгий запрет на изображение людей и животных, поэтому в оформлении зданий большую популярность приобрёл геометрический орнамент.

Исламские традиции

Секрет древних мастеров

Средневековые мастера делали его разнообразным. Но в чём был секрет их "стратегии" – никто не знал. Так вот, секрет как раз оказывается в использовании специальных мозаик, которые могут, оставаясь симметричными, заполнять плоскость, не повторяясь.

«фокус»

Другой "фокус" этих изображений в том, что, "копируя" такие схемы в различных храмах по чертежам, художники неизбежно должны были бы допустить искажения. Но нарушения данного характера минимальны. Объясняется это только тем, что мастера не использовали чертежей при построении мозаики.

Плитки

Для сборки гирихов применяли плитки пяти видов (десяти— и пятиугольные ромбы и "бабочки"), которые в мозаике составлялись, прилегая друг к другу без свободного пространства между ними.

Симметрия мозаик

Мозаики созданные из них, могли обладать как сразу вращательной и трансляционной симметрией, так и только вращательной симметрией пятого порядка (то есть являлись мозаиками Пенроуза).

Гирихи

Фрагмент орнамента иранского мавзолея 1304 года. Справа – реконструкция гирихов

Дата появления мозаик

Исследовав сотни фотографий средневековых Мусульманских достопримечательностей, Лу со Стейнхардтом смогли датировать появление подобной тенденции XIII веком. Постепенно этот способ приобретал всё большую популярность и к XV веку стал широко распространённым.

Керамическая плитка

Датировка примерно совпадает с периодом развития техники декорирования дворцов, мечетей, различных важных зданий глазурованной цветной керамической плиткой в форме различных многоугольников. То есть керамическую плитку специальных форм создавали именно для гирихов.

Заключение

То, что удалось открыть западной науке на основе огромного обобщения тернистого опыта, восточная наука сделала на основе интуиции и чувства прекрасного. И результаты налицо: в воплощении законов геометрии в практику восточные мыслители опередили западных на пять столетий!