蕴藏在人体中的物理知识

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蕴藏在人体中的物理知识



云南省昭通市盐津县艾田中学　蒋显翠

　　一、人体与光学


　　1．眼睛：眼球好像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个焦距可以改变的凸透镜，它把来自物体的光会聚在视网膜上，视网膜就像“胶卷”。接收物体的像。眼睛的瞳孔就像照相机的光圈，光的强弱不同，它的大小会改变。对于正常的眼睛，当人看较远的物体时，晶状体曲度减小，焦距变大；看近处的物体时，晶状体曲度又变大，焦距变小，可以始终使像清晰地成在视网膜上。


　　2．体温：人体各个部位、早晚及男女之间的体温均存在着差异。人体正常体温有一个较稳定的范围，但并不是恒定不变的。正常人口腔温度（又称口温）为36．3℃～37．2℃，腋窝温度较口腔温度低0．3℃～0．6℃，直肠温度（也称肛温）较口腔温度高0．3℃～0．5℃。一天之中，清晨2～5时体温最低，下午5～7时最高，但一天之内温差应小于1℃。另外，女子体温一般较男子高0．3℃左右。女子体温在经期亦有些许变化。人体辐射红外线，身体部位不同，辐射红外线的强弱不同。但如果人体某处有炎症，温度局部增高时，局部散发的红外线强度会发生变化，因此，医学上可以通过拍摄红外照片进行辅助诊断。


　　3．头发：头发对人的大脑具有一定的保护作用。头发能调节体温保护大脑的作用。冬天，血管收缩，头发能使头部保持一定的热量；夏天，头发可以遮挡日光的直射对头皮的伤害，同时，血管扩张，又能外散发热量。因此，头发具有既能保温又能散热的双重功能。


　　二、人体与力学


　　1．肌肉、骨和关节：人的运动是在神经系统的支配下由肌肉、骨和关节共同协作完成的，肌肉收缩是人体运动的动力，骨是杠杆中的硬棒，关节是支点。关节表面有一层软骨，关节腔内有滑液，这样的结构可以减少摩擦和冲击。手臂是一个费力杠杆。上端与肩胛骨和肱骨相连接，下端与桡骨相连接的肱二头肌收缩。动力臂小于阻力臂是费力杠杆。


　　2．牙齿：人体的牙齿，牙齿的功能是咀嚼食物。门牙的功能是切断食物，宽而薄利于它的功能发挥；尖牙的作用是撕裂食物，尖而小，利于增大压强。臼牙的功能是磨碎食物，其表面凹凸不平，能增大摩擦力。


　　3．呼吸：吸气时，胸部扩张，胸内肺泡跟着扩张，于是肺的容积增大，肺内空气压强减小，小于体外的压强，大气压将新鲜空气经鼻腔，气管压入肺中；吸气时，胸部收缩，肺的容积缩小，肺内空气压强增大，大于体外的大气压强，肺中的一部分空气经气管，鼻腔排出体外。


　　4．脚掌：人体的脚掌着地面积大，减小压强，走路时不易陷入泥里。一般规律是体型高大的人的脚也较大，这样保证体重不同的人走路时对地的压强基本相同。5．心脏：心脏是人体血液流动的动力器官，收缩时心脏内压强增大，使血液射向动脉血管，舒张时心脏内压强降低，血液流回心脏。心脏的一收一舒推动着血液在血管中不停的流动，心脏不停地跳动对血液做功。


　　6．脊柱：人体的脊柱有四个生理弯曲（颈曲、胸曲、腰曲和骶曲）和脚弓、股骨和胫骨的弯曲，这些弯曲可以增加脊柱本身的弹性，缓冲剧烈运动对脑的震荡。就像自行车车座下的弹簧一样，能把人行走或跳跃过程中上下运动的动能转化为弹性势能，能有效减小行走过程中的振动对大脑的影响。


　　8．足弓：人体的足弓象三脚架一样，增加了人站立时的稳定性。同时足弓的弓型结构能对力进行分解，能减轻人在行走和运动时对脑的震荡。


　　9．口腔：在人的口腔中，舌头表面是粗糙的，还有上颚上也有纹路，增大了与食物的摩擦，便于搅动食物或者把事物送入食道。


　　10．掌纹：人的手掌和脚掌上都有特殊的掌纹。在握力一定时，手掌上的指纹和掌纹可以增大与接触物的摩擦，便于人抓紧要拿的东西。脚掌上的花纹，可以增大摩擦，使人走起路来脚不和袜子、鞋子打滑，更省劲。


　　11．走路：人走路时，脚和地面之间产生摩擦，脚用力向后蹬地，相对于地有向后运动的趋势，地面对鞋底就产生了阻碍脚相对于地向后运动的摩擦阻力，这个力向前，正是这个力使人前进。


　　12．平均密度：人的平均密度约为930千克/米3，这个密度和水的密度差不多。


　　三、人体与电学


　　1．电流：人体内有电流，人体心脏的跳动就是由电流来控制的。在人的胸部和四肢连上电极，就可以在仪器上看到控制心脏跳动的电流随时间变化的曲线，这就是通常说的心电图。通过心电图可以了解心脏的工作是否正常。还有脑电图也是根据这一现象制成的。测谎仪也是根据人体电流情况做出判断的。人在撒谎时，人体的生物电流会发生异常变化，根据生物电流情况可以做出是否在撒谎的判断。


　　四、人体与磁学


　　1．心磁图：70年代以来，用低温超导量子干涉仪技术进行了更细致的研究。
心脏磁图和电图有一定相关性，但心磁图能提供更多的信息，如心脏受伤供血不足或出现心肌梗死时，可检测到出现的恒定磁场成分并能对病变部位定位，用心电图无法检测出的24～36周胎儿的心率可用磁强计检测到。


　　2．脑磁图和神经磁场：1968年,D．科恩首次记录到脑的α节律磁图。研究表明，α节律的源定向与皮层表面垂直。在临床上利用记录发作期癫痫样放电对应的脑磁图，可对癫痫病灶作精确的三维空间定位。另一类脑磁场是测量感觉诱发磁场，对闪光刺激引起的视觉诱发脑磁场、声音刺激诱发的听觉脑磁场等的研究表明，其磁场峰值部位与生理学对视觉和听觉的脑皮层定位有很好的对应关系。1980年J．P．威克斯沃等在蛙离体坐骨神经上成功地测量了神经磁场，同时测定的由电刺激诱发的双向动作电位和磁场之间有很好的一致性，只是磁场变化时相稍为滞后。


　　3．肺磁图：1973年，D．科恩首次检测了肺磁场。用探测器在人胸或背部表面扫描，或按规定的网格分别定点测量磁化后的剩磁场，得到的肺各部位磁场分布即是肺磁图。
通过分析,可推算出人肺内各部位沉积的铁磁性物质的含量和与之混合的其他粉尘含量，是对粉尘环境下作业工人的劳动防护监测的精确和方便的技术，同时也可了解吸烟者或其他肺部疾病患者的肺泡清除功能。


　　五、人体与声学


　　1．声带：声带是人的发声器官，当气体冲出时引起声带振动而发出声音。说话声、笑声、哭声、叫声等都是声带的振动而产生的。男女声带的结构略有不同，所以音调也不同。渐老后，声带会略有松弛，所以老年人的音调一般都较低。


　　2．耳朵：人体的耳朵，耳道内有鼓膜，外界传来的声音引起鼓膜振动，这种振动经过听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信号传给大脑，这样人就听到了声音。人类的发声频率范围大约在85～1100Hz之间，人耳能听到的声音频率范围大约在20～20000Hz之间，对于低于20Hz的次声波与高于20000Hz的超声波人耳都不能听见；如果人耳的传导系统的鼓膜、听小骨因病损坏时，声波还可以骨传导（头骨、颌骨）传到听觉神经，从而产生听觉；“闻其声便知其人”是靠音色不同来识别熟悉的人；人耳能区分两次声音（或回声）的间隔应大于0．17s，人所处的理想环境是15-40dB。


　　3．双耳效应：双耳效应是人们依靠双耳间的音量差、时间差和音色差判别声音方位的效应，帮助人判断声源的位置。


　　五、人体与热学


　　1．体温：人体正常的体温（口腔温度）大约是37。C，体表温度（如腋下）要略低些。当人体的汗水蒸发时，由于蒸发吸热会使我们的体表温度降低。根据这一原理，在我们感冒发烧时，可以采取在自己的身体上涂抹些酒精或白酒的蒸发吸热来降温。


　　2．皮肤：皮肤是人的体温调节器。当外界气温较高时，皮肤内的大多数血管扩张，血流量增加，皮肤的温度会升高，因而由皮肤直接散发的热量增多，与此同时汗液分泌增多，通过汗液的蒸发吸热，使体温不致过高。当外界的气温较低时，皮肤内的大多数血管收缩，血流量减少，皮肤的温度降低，由皮肤直接散发的热量减少。与此同时，汗液分泌减少人体散热少，使体温不至于过低。正是皮肤的调节作用才使人的体温保持稳定。