СИСТЕМЫ КООРДИНАТ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Человек и животные достаточно хорошо ориентируются в пространстве. Пространство – одна из базовых форм материи: всё (тела, планеты, растения, автомобили…) находится и движется в пространстве. Одно из свойств пространства – трехмерность. Тела занимают в пространстве какое-то место и движутся в каком-то направлении. Простейший физический объект – точка. Положение точки в пространстве можно определить заданием (по определенному правилу) трёх чисел – координат. Направление движения точки также может быть задано тремя числами – углами.  В этом суть трехмерности пространства. Правила нахождения (определения) координат и углов задаются системой координат (СК). Для решения различных задач математики и физики используют различные СК. Но наиболее распространена трехмерная прямоугольная СК, в школе обычно используется двухмерная прямоугольная СК.

Научное описание прямоугольной системы координат Рене Декарт впервые сделал в своём знаменитом труде "Рассуждение о методе" в 1637 году. Поэтому прямоугольную систему координат и называют декартовой системой. Декарт и Ферма применяли координатный метод только на плоскости. Позже эту систему применил в трёхмерном пространстве Леонард Эйлер.

Напомним, что декартова система координат представляет собой три взаимно перпендикулярные направленные прямые (оси), пересекающиеся в одной общей точке (начале координат). Координаты точки в этой системе – числа, равные расстояниям от начала координат до проекций точки на оси координат. В физике и математике применяются и другие системы координат – косоугольная (углы между осями не прямые), радиальная, цилиндрическая и сферическая, в которых часть координат – углы.

Через две пересекающиеся прямые можно провести плоскость. Три оси координат образуют три взаимно пересекающиеся координатные плоскости.

Система координат – объект искусственный, придуманный человеком. Но оказывается, природа тоже предусмотрела объекты, которые фактически являются системами координат.

Максимальную информацию об окружающей среде человек получает с помощью зрения, т. е. через свет. Свет – это электромагнитные волны. Электромагнитная волна – колебания взаимно обусловливающих друг друга переменных электрического и магнитного полей. Основные количественные характеристики: электрического поля – напряженность Е, магнитного – магнитная индукция В. Электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью v. Векторы Е, В и v взаимно перпендикулярны, образуя фактически трёхмерную прямоугольную систему координат (рис. 1).

Рис. 1. Электромагнитная волна.

Ухо – второй инструмент получения информации об окружающей среде. Но внутри уха расположен очень интересный с позиций физики инструмент – вестибулярный аппарат. 

Вестибулярный аппарат  – орган, воспринимающий изменения положения головы и тела в пространстве и направление движения тела у позвоночных животных; часть внутреннего уха.

Иногда выделяется как отдельный шестой орган чувств.

Вестибулярный аппарат состоит из трех полукружных каналов, расположенных под прямым углом по отношению друг к другу см. рис.). (рис. 2) У основания находится желеобразное вещество – купула. В каналах имеется вязкая жидкость. При движении головой в стороны, наклонах вперед или назад вещество начинает смещаться, в результате чего воздействует на купулу. На ее поверхности располагаются клетки-рецепторы, они принимают информацию и передают ее в головной мозг для дальнейшей обработки.

Рис. 2. Вестибулярный аппарат. https://yandex.ru/images/search?lr=216374&source=serp&stype=image&text=вестибулярный%20аппарат%20что%20это%20такое

Три полукружных канала – три взаимно перпендикулярные координатные плоскости - декартова система координат!