A propósito das espirais que aparecem na imagem aqui à direita neste post, perguntaram-me qual a relação entre a sequência de Fibonacci e as espirais das pinhas e de algumas flores.
Em primeiro lugar gostaria de esclarecer que as espirais que aparecem no copo visto de cima nada têm a ver com a sequência de Fibonacci.
Neste copo existe um conjunto de 30 espirais passando pelos bicos da superfície do copo, em que pintei duas de verde e outro conjunto, também de 30 espirais, em que pintei duas de laranja.
Estas curvas em forma de espiral podem ser associadas ao que acontece à quadrícula existente numa superfície plana que seja deformada até se transformar numa superfície curva parecida à do copo. Na imagem à direita apresenta-se a quadrícula com e sem deformação.
As espirais laranja, ao evoluírem do centro para a periferia viram para a direita enquanto as verdes viram para a esquerda. Neste caso o número de espirais que vira para a esquerda é exactamente igual ao número de espirais que vira para a direita. A figura é simétrica em relação ao centro e a muitos eixos.
Passo agora a apresentar duas figuras que também são atravessadas cada uma por dois conjuntos de espirais:
Desenhei as espirais a partir da periferia para o centro pois é mais fácil reconhecer a que curva pertence cada ponto. Notar que tive dúvidas em relação a alguns dos pontos centrais pelo que não os liguei.
Nestes dois novos exemplos, em que as espirais verdes viram para a direita quando se afastam do centro e as espirais vermelhas viram para a esquerda quando se afastam do centro, constatamos que na figura “Girassol (100 pontos)” existem 13 espirais verdes e 21 vermelhas, enquanto na figura “Girassol (200 pontos) existem 21 espirais vermelhas e 34 espirais verdes.
A sequência de Fibonnaci é 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...(há quem diga que começa em 0) pelo que alguém já terá reparado que os números de espirais verdes e vermelhas que se encontram em cada uma das duas nuvens de pontos pertencem á sequência de Fibonacci.
E o que é que estas duas nuvens de pontos têm a ver com pinhas e com flores, perguntará agora o leitor mais impaciente.
As pinhas ficam para mais tarde mas, em relação às flores, constata-se que os pontos daquelas duas imagens correspondem com bastante exactidão às flores elementares que constituem a inflorescência que é um girassol.
Obtive as nuvens de pontos fazendo uma folha excel que calcula a fórmula proposta por Helmut Vogel em 1979, como modelo para a distribuição das flores na inflorescência de um girassol, em coordenadas polares: r = c √ n; θ = n x 137,5º, conforme explicado aqui.
Surpreende-me como uma fórmula tão simples pode originar esta riqueza de padrões. A seguir mostro as mesmas nuvens de 100 e de 200 pontos sem os segmentos de recta a materializar as espirais, para facilitar a tarefa de quem queira traçar as espirais ele próprio.
A figura ao lado mostra a transição das 13 para as 34 espirais. As 13 espirais da nuvem de 100 pontos continuam lá mas é possível continuar para dentro as novas espirais cujo trajecto, na nuvem de 100 pontos, se limitaria a um ou dois segmentos.
O facto de eu ter recorrido a espirais desenhadas à mão revela a minha ignorância sobre algoritmos para as identificar, o que não quer dizer que não existam mas, mesmo que existam, já estão fora do âmbito deste post.
Julgo ter mostrado do que se fala ao referir a sequência de Fibonacci em relação aos conjuntos de espirais que estão presentes nos girassóis. Continuo surpreendido quer com a simplicidade da fórmula que permite gerar estas nuvens de pontos quer também com a data relativamente recente (1979!) em que Helmut Vogel a propôs.
A distribuição dos pontos apresenta uma densidade muito regular em toda a área abrangida, o que constitui uma vantagem, sendo uma forma muito elegante de preencher um círculo.
Evitei mostrar imagens das pinhas porque são superfícies não planas mas neste site mostram espirais seguindo também a sequência de Fibonacci.
A maior parte deste post resultou de consultas destas entradas na Wikipedia:
- Sunflower, Fermat’s Spiral , Golden angle
Este tema é muito vasto e o Google fornecerá certamente muitos mais sítios a explorar. Este tinha imagens interactivas.
Para finalizar deixo esta imagem da Wikipedia obtida por L. Shyamal e mostrada aqui.