高中物理课外阅读:人身体上应用的物理知识

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高中物理课外阅读:人身体上应用的物理知识

公主 冷月无声

发布日期:2011-05-29 21:56:55

高中物理课外阅读:人身体上应用的物理知识






公主 冷月无声

发布日期:2011-05-29 21:53:12


我们人体就是一台充分运用物理知识装备起来的机器,它的许多部位或器官都是物理知识运用的体现。

眼睛

眼睛是人们观察世界的窗口。它是由在眼球前部凸出的坚韧的透明角膜、含有纤维胶质的透明囊状的晶状体、无色透明的水样液、视网膜及无色透明的胶状玻璃体构成的。它们的共同作用相当于一个凸透镜。从物体射进眼里的光线经过一个凸透镜折射后,在视网膜上形成倒立、缩小的实像,刺激分布在视网膜上的感光细胞,通过视神经传给大脑,于是我们就看见了物体。眼睛不仅能看见近处的物体,而且还能看清远处的物体,当物距改变时,它能靠改变晶状体表面的弯曲程度来改变眼睛这个凸透镜的焦距,因此,眼睛实际上是一种精巧的变焦系统。当然,眼睛这种调节焦距的调节功能是有限的。近视眼就不能仅靠自身的调节,而必须配以合适的凸透镜来帮助调节,从而达到看清周围物体的目的。

牙齿

人的牙齿早在母胎的第二个月就开始在胎儿的牙槽骨里生长,在婴儿出生后的七个月左右,开始有乳牙萌出,直至二周岁左右,二十只乳牙全部萌出。然而,就从母胎的第二个月开始,人的牙齿就有了细微的、明确的物理分工:(1)门牙又叫切牙,共有四对,它长得扁扁的,宽宽的,像一把刀,是专门用来咬断食物的,门牙的横截面外表很窄,好像刀口,用相同的力,能产生较大的压强,容易切断食物。(2)尖牙又叫犬牙,嘴角两边各有一对,像钩子一样,也能产生很大的压强,它的功能主要是撕碎食物。(3)磨牙又叫盘牙或臼牙。它长得特别粗壮,圆圆的,上面还有些凹凹沟沟,完全像磨豆浆用的磨子一样靠压强和磨擦把食物嚼碎磨细。无论是完整的还是撕碎的食物,最后都要经磨牙加工吞入食道。

耳朵

人耳是由外耳、中耳和内耳三个部分组成。外耳是由耳廓和外耳道组成。声音是由物体的振动而产生的一种声波,这种声波首先由喇叭状的耳廓收集进来。(有些动物的耳廓可以向各个方向转动,更有利于声波的收集,但人类耳廓上的肌肉已经退化了,所以不能活动。)

中耳包括鼓膜,鼓室和听小骨。鼓膜在外耳道的末端,是一片椭圆形的薄膜,厚仅0.1mm,当外耳的声波通过空气的振动传入时,使鼓膜振动,把声波转变成多种振动的“密码”,传向后面的鼓室。鼓室是一个能使声音变得柔和而动听的小腔,腔内有3块听小骨。听小骨能把鼓膜的振动传给内耳,传导过程还像放大器一样,把声音信号放大十倍,所以即使很轻微的声音人们也能听到。内耳是听觉神经最末梢的部分,中耳传来的声波,刺激听神经的末梢,使之兴奋,经过听神经传至大脑后,就能分辨出各种各样的声音。

皮肤

皮肤这个最大的器官是人体的第一道防线。表面积一般大约在1.4~1.6m2之间,其重量约占体重的6%左右。

皮肤由表皮、真皮和皮下脂肪层三部分组成。皮下脂肪层就好像是人体表面覆盖的一层棉被似的软垫,具有很好的弹性。当人体受到碰撞时,有缓冲作用,可以防止内脏和骨骼又受到外界的直接侵害。

皮肤最突出的物理作用是散热和保温作用。当外界温度升高时,皮肤的血管就扩张、充血,血液就带着体热通过皮肤向空气发散,同时汗腺也大量分泌汗液,通过汗液的蒸发带走体内多余的热量。当外界寒冷时,皮肤的血管就收缩,血量减少,皮肤温度降低,散热放慢,有助于体温保持恒定。

关节

关节是人体骨骼的重要连接方式和精密的连接结构,它是骨骼这一杠杆运动的巧妙支点。各块骨连接处的骨面(关节面)十分光滑,表面覆盖着透明软骨构成的关切软骨,以增强光洁度,减少摩擦。据说,两块关节软骨间的摩擦系数比滑冰时冰刀和冰的摩擦系数还小。

当然,不同部位的关节,功能不同,关节的结构也不完全相同,如肘关节是向内运动的,利于提拉重物,膝关节只能向后屈而不能前翻,同时使腿后蹬有力。

除以上器官外,人体内血压和心跳速率的关系,结构巧妙的换气站——肺和肺泡等器官,无处不体现着物理知识的运用。

人靠什么走路

在平坦的马路上,谁都可以迈开大步向前走。一个健康的人,走路并不是什么难事,因而也没有想过人是靠什么走路的。听了这个问题,有的人会觉得好笑。人只要有气力,抬腿,迈步,不就可以往前走了吗?而事实上,问题并不那么简单。请你试一个动作:挺直身体,背贴着墙站在地上。把一只脚抬起来,向前迈步,只要身体不离开墙壁,这只脚是跨不出去的。如果抬起来的脚向前迈出去一步,那末,回头一望,身体已经离开墙壁。这说明,身体向前移动了。人身体向前移动的时候,一定依靠了一种外力。或者说,是这种力推着人前进的。如果这种外力比较小,走路就会遇到困难,比如,在光滑的冰面上,人们就不敢迈大步,而只能小心翼翼地挪动双脚。现在,请你回答,后脚蹬了一下地。从物理的角度来分析,那是人体给了地面一个向后的力,与此同时,地面也给了人体一个向前的力。正是这个力把人体向前推了一下。脚蹬地面,这是作用力;地面给人体一个向前的力,这是反作用力。这个反作用力表现为摩擦力。在一般情况下,作用力和反作用力正好相等,因此,我们走路并不觉得困难。可是,人在冰面上走,冰面过于光滑,给人的摩擦力要小得多。这样,如果你仍然像在地面上走路那样使劲,向后蹬的力与摩擦力不平衡,后脚要向后滑,人就会跌跤。

 
公主 冷月无声

发布日期:2011-05-29 21:56:55


人身体上的物理

  (一)坐着的人怎样站起来?
  坐着的人是怎样站起来的?这倒是一个有趣的问题,也许你还不曾想过,那就请你实践一下,再来回答这个问题。
  (1)请你挺胸直背双腿自垂地坐在椅子上,不要改变姿势,站起来。能站起来吗?为什么怎样也站不起来?
  (2)请你改变胸背与腿的姿势,站起来。多做几次,悟出站起来的道理。
  人坐着站起来时,必须把胸部向前倾或者把双脚向后移,让作用于重心的重力作用线通过两脚所围的小面积里,然后才能站立,否则,你是无能为力的。这个小面积称支面面积,两脚并拢为小,张开为大。为什么双脚分开站起来较稳?你能用稳度的概念来解释吗?
  (二)你能单脚靠墙站吗?
  金鸡独立在鸡群中常能见到,小孩也常用一只脚独立做游戏,但是你能从双脚站立不变姿势地改为一只脚独立吗?请实践一下,因为这也不是一件轻而易举的事。
  请侧身将一只臂与腿紧紧地靠墙站着。所谓靠墙是指你的身体不能向墙的一面移动,保持原来直立的姿势不变。将离墙远的一只脚提起,让靠墙的一只脚独立,试试看,你能站立吗?为什么不能站立呢?

人能够站立,主要是因为竖直向下通过重心的重力作用线通过了两脚围成的支面,即图1.17-1中虚线所围的面积。在单脚站立时,支面缩小到只有一只脚掌面的大小,通过重心的重力作用线只能落在支面之外,所以不能站立。只有在改变原来的姿势后,让它落在支面内才行,而改变姿势是这里所不允许的,因此便不能站立了。


  孩童学步踉踉跄跄经常跌倒,你该会解释了吧。但是,你可留意过学步的小孩行走时两脚总是叉开的吗?在行车时汽车上的售票员或航船上的水手,他们站立时(不扶靠物体),双脚也总是叉开的,走步都是八字形,这都是为什么呢?而舞台上的演员,走步时又多是一字形的,如图1.17-2所示,可显得体态优美,婀娜多姿,你能说说这又是什么原因呢?请你画出用八字形和一字形走步时两脚着地构成的支面大小,再从支面的大小与稳度的关系上去回答它。