…когда из пушки вылетело ядро, я вскочил на него верхом и лихо понесся вперед… Мимо меня пролетало встречное ядро… Я пересел на него и, как ни в чем не бывало, помчался обратно. Рудольф Эрих Распе. Приключения барона Мюнхгаузена
Как ни удивительны электрические явления неорганической материи, они не идут ни в какое сравнение с теми, которые связаны с деятельностью нервной системы и жизненными процессами. Майкл Фарадей
Посредством глаза, а не глазом Смотреть на мир умеет разум.
Уильям Блейк
…именно биология помогла физике открыть закон сохранения энергии; ведь Майер установил этот закон при изучении количества тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом. Ричард Фейнман
А так ли хорошо знакома вам
?
физика человека
Из огромной сферы исследований на стыке биологии и физики выделяется важнейшая область – физика человека. После прошлых выпусков «Калейдоскопа», где шла речь о роли физики в изучении мира животных и мира растений, пора обратиться и к человеку. Ведь мы – такие же физические тела, как и все окружающие нас, и в нас так же обнаруживают себя механические, тепловые, электрические и оптические явления. Познавая себя, мы оказываемся в роли наблюдателей, исследователей, а порой … и измерительных приборов. Так что физика не только вне, но и внутри нас! Конечно, сейчас перед вами лишь горстка незамысловатых, кажущихся обыденными вопросов и фактов. Однако надеемся, что они дадут представление о кроющемся за ними необозримом массиве накопленных знаний и нерешенных проблем в том, что сегодня называют наукой о жизни – а значит, и о нас с вами.
Вопросы и задачи
-
Почему в летящем самолете, глядя в иллюминатор на безоблачное небо, мы не испытываем ощущения полета? 2. Купаясь в речке с илистым дном, можно заметить, что ноги больше вязнут в иле на мелких местах, чем на глубоких. Как это объяснить? 3. Отчего невозможна ситуация, описанная в эпиграфе бароном Мюнхгаузеном?
-
Почему пловцы, бросаясь в воду, выставляют вперед сложенные вместе вытянутые руки? 5. Отчего высоко в горах действие суставов человека нарушается: конечности плохо «слушаются», подвергаются вывихам? 6. Почему, когда мы пьем, касающаяся губ вода поднимается вверх? 7. Нормальная температура человека близка к . Отчего же нам не холодно при температуре воздуха и очень жарко при ? 8. Почему почти одним и тем же движением губ при выдохе можно согреть руки и остудить чай? 9. Отчего дети мерзнут сильнее взрослых? 10. Почему нам не холодно, когда мы выходим из реки во время теплого летнего дождя? 11. Отчего при растягивании суставов трещат пальцы? 12. Если поднести руку к заряженной бумажной гильзе, подвешенной на шелковой нити, то гильза станет притягиваться к руке. Почему? 13. Елочная гирлянда спаяна из соединенных последовательно лампочек для карманного фонаря. При включении гирлянды в сеть на каждую из лампочек приходится напряжение 3 вольта. Отчего же опасно, выкрутив одну из лампочек, сунуть в патрон палец? 14. Когда прислушиваются к отдаленному шуму, то невольно раскрывают рот. Для чего?
- Почему женский голос обычно выше мужского? 16. Если в театре встать за колонну, то актера на сцене не видно, а голос его слышен. Как это объяснить? 17. Диаметр зрачка человеческого глаза может меняться от 2 до 8 миллиметров. Отчего же максимальная острота зрения достигается при диаметре 3–4 миллиметра? 18. Как изменяется оптическая сила хрусталика глаза при переводе взгляда со страницы книги на облака за окном?
Микроопыт
Если вы слегка (!) нажмете пальцем на глаз, то увидите удвоенное изображение предметов. Чем это можно объяснить?
Любопытно, что…
…исследования последних лет показывают, что дети имеют врожденные представления о физике. Так, уже в возрасте двух месяцев они понимают, что предметы падают, если их не держат, и не исчезают, если их прячут, а в пять месяцев осознают, что вода и песок – не твердые вещества. …в разных частях тела человека можно обнаружить действие простых механизмов. Например, все наши кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами – это кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев и череп, опирающийся на первый позвонок. …люди при ходьбе переставляют ноги с так называемой резонансной частотой, определяемой габаритами их тела, – это выгодно с точки зрения экономии сил. Поэтому если требуется идти быстрее, то прежде всего увеличивают ширину шага, а не темп ходьбы. …при резком изменении давления воздуха способность человека слышать ухудшается. Это особенно заметно в самолете при наборе высоты или при снижении. …на человеческий организм оказывают воздействие не воспринимаемые ухом звуки частотой ниже 16 герц – инфразвуки. Они могут входить в резонанс с внутренними органами, сильно смещая и даже деформируя их. …заслуга Юлиуса Майера в открытии закона сохранения энергии заключалась в обнаружении разницы в цветах венозной крови человека в северных и южных странах. На юге яркий алый ее цвет определялся избытком возвращаемого в вены кислорода, что свидетельствовало о меньшем потреблении энергии человеком. …при тяжелой физической работе человек за день теряет до 10 литров пота. Если бы тело не охлаждалось за счет испарения, оно нагрелось бы до ! …электрическую структуру нервного волокна в принципе угадал еще Луиджи Гальвани в XVII веке. Однако долгое время не было ясности с носителем информации, передаваемой от головного мозга к мышцам, и только в XX веке экспериментально было показано, что это – электрические сигналы. …огромный вклад в изучение механизма зрения внес Леонардо да Винчи, производя анатомирование глаза. Ему удалось выявить его основные части, сравнить его работу с действием оптических приборов и обнаружить тот факт, что два глаза видят различные изображения тел. …зрение человека ограничено очень узким диапазоном электромагнитного спектра. Однако если бы наш глаз чувствовал, к примеру, инфракрасное излучение, то ощущал бы огромные помехи – ведь тело человека само излучает в этой области интенсивнее, чем большинство окружающих нас предметов. …вышедшая в 1944 году книга выдающегося физика-теоретика Эрвина Шредингера «Что такое жизнь с точки зрения физика?» послужила толчком к штурму проблемы передачи наследственной информации. Через несколько лет блестящим триумфом взаимодействия физики и биологии стала расшифровка основной «живой» молекулы – ДНК.
Что читать в «Кванте» о физике человека
(публикации последних лет) 1. «Физики в тумане» – 2010, №2, с.42; 2. «Зачем «близоруко щуриться»?» – 2014, №1, с.41; 3. «Вакуумный насос, наши легкие и камера «Мирабель» – 2014, №5/6, с.54; 4. «Физик в гостях у биолога» – 2015, Приложение №1; 5. «Буратино и его качели» – 2016, №3, с.27; 6. «Движение автомобилей и живых существ – и теорема о кинетической энергии» – 2017, №1, с.36. Материал подготовил А.Леонович