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【自然之美】自然底数e

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把指数函数e的x次方换成极坐标(半径r和角度θ表示的平面坐标),就变成了e的θ次方,θ是点与极轴的夹角。这时的指数函数就会变成下图1的样子,这个螺线叫对数螺线,又叫等角螺线。
之所以叫等角螺线,是因为在极坐标中,螺线和射线的夹角始终是一个固定夹角,如下图1所示,蓝线每次穿过射线时,其夹角是固定的。等角对数螺线在自然界中广泛存在。从大如星系、台风,到小如花朵、海螺……宇宙中到处都是对数螺线的身影。



来自Android客户端1楼2019-09-25 21:19回复
    为什么自然界中存在这么多的对数螺线呢?因为对数螺线具有等角性,受环境影响,很多直线运动会转变为等角螺线运动。


    来自Android客户端2楼2019-09-25 21:21
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      以飞蛾扑火为例,亿万年来,夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航,因为天体距离很远,这些光都是平行光,可以作为参照来做直线飞行。如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,这样飞才最节省能量。


      来自Android客户端3楼2019-09-25 21:22
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        但自从人类学会了使用火,这些人造光源因为很近,光线呈中心放射线状,可怜的蛾子就开始倒霉了。


        来自Android客户端4楼2019-09-25 21:23
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          根本原因是原来作为参考的平行场变成了中心发散的场,导致直线运动变成了螺线运动。


          来自Android客户端5楼2019-09-25 21:25
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            绝对平行的场在自然界中是不存在的,只是我们为了计算方便,在小范围内近似认为平行而已。如果把尺度放大了看,更多的场是不平行的、是发散的,所以自然界中大量存在等角螺线现象就很正常了。
            例如理想状态下,流体应该是直线运动的,但在发散场和地球自转的作用下,就会像飞蛾一样走出类似等角螺线的形状,天上的台风和水中的漩涡就是这样形成的,不过实际情况远比这要复杂,只能近似这样考虑。


            来自Android客户端6楼2019-09-25 21:26
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              怎么有种学物理的感觉


              IP属地:江苏来自Android客户端7楼2019-09-25 21:51
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