Пчёлы — одни из самых удивительных архитекторов в животном мире. Их ульи представляют собой сложные конструкции из восковых сот, каждая ячейка которых почти всегда имеет форму правильного шестиугольника. Но почему именно шестиугольник, а не квадрат или треугольник, и как они получаются такими идеальными? Давайте разберёмся.
На самом деле, форма шестиугольника идеально подходит для строительства улья по нескольким причинам.
Экономия материала. Восковые соты — это трудоёмкая работа для пчёл, ведь воск выделяется специальными железами изнутри их тела. Шестиугольная форма позволяет закрыть плоскость без пустот и при этом использовать минимальное количество воска.
Математики называют это «проблемой упаковки»: среди всех многоугольников с одинаковой площадью шестиугольник требует наименьшей длины стенок. Для пчёл это особенно важно, потому что производство воска — энергозатратный процесс, требующий переработки меда.
Прочность конструкции. Шестиугольные ячейки распределяют нагрузку равномерно. Даже если в соте хранится мед или развивается личинка, стены не прогибаются и не ломаются. Именно поэтому инженеры используют подобную структуру в авиации и строительстве.
Компактность. Шестиугольники плотно прилегают друг к другу, не оставляя пустого пространства, что важно для плотности улья и поддержания температуры внутри. Если бы ячейки были круглыми, оставались бы пустоты, которые нельзя было бы использовать.
Интересно, что пчёлы изначально не делают идеальные шестиугольники. Они начинают с примерно круглых или слегка неправильных ячеек. Со временем, под действием тепла от тел пчёл и физических сил, таких как поверхностное натяжение воска, стены ячеек сами «выпрямляются» и образуют ровные шестиугольники. По сути, пчёлы не «меряют углы», а физика делает работу за них.
Кроме того, существуют ячейки двух размеров: рабочие для пчёл и дроновые для трутней. Когда они стыкуются, иногда появляются пяти- или семигранные ячейки, чтобы заполнить пространство.
Все же соты иногда принимают неправильные формы. Причины могут быть разными:
Недостаток пространства. Если ульевая рамка слишком мала или соседние соты растут нерегулярно, ячейки могут быть пяти- или семигранными.
Температурные колебания. Воск становится пластичным при высокой температуре, но слишком холодный воск затвердевает раньше, и пчёлы не успевают «отрегулировать» форму.
Повреждения и вмешательство человека. Если соты частично разрушены или ульи перемещены, пчёлы вынуждены строить ячейки в стеснённых условиях, что тоже приводит к неправильной геометрии.
Генетические особенности и размеры пчёл. Размеры тела пчёл влияют на размеры ячеек: меньшие рабочие особи создают более мелкие ячейки, крупные — более крупные. При стыковке таких разных участков соты могут выглядеть неправильными.
Шестиугольные соты — это идеальный компромисс между экономией материала, прочностью и компактностью. Их форма во многом определяется физикой и биологией пчёл.