资源描述
人身体上的物理
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
肥皂泡为什么开始时上升,随后便下降?
日常生活中,我们常看到吹肥皂泡,一个个小肥皂泡从吸管中飞出,在阳光的照耀下,发出美丽的色彩。此时,小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中,我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中,形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升,随后便下降,这是为什么呢?这个过程和现象,我们只要留心想一下,就会发现,它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候,肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气,肥皂膜把它与外界隔开,形成里外两个区域,里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时,肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度,根据阿基米得原理可知,此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力,因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。随着上升过程的开始和时间的推移,肥皂泡内、外气体发生热交换,内部气体温度下降,因热胀冷缩,肥皂泡体积逐步减小,它受到的外界空气的浮力也会逐步变小,而其受到的重力不变,这样,当重力大于浮力时,肥皂泡就会下降。
人是被电"吸"住了吗
常听人们有这种说法:触电时人被电吸住了,抽不开。实际上这个说法是错误的。我们知道,不论是否存在电流, 在一般情况正导线中、电器中的正、负电荷的电量是相等的, 对外的静电作用是相互抵消。即使局部地方偶尔出现少许正、负电荷但不相等,其静电引力也是微不足道的。如若不然,就会出现下列奇特现象:用手去移动台灯引线,即使不被吸“住”,至少也会明显感到这种“吸”力,照明电线,特别是高压裸线,会“吸住”大量尘土从而形成粗长的的尘土柱。事实上,这些现象都没出现。
但是问题出现了,人手触电时,为什么有时不把手抽回来?难道不想抽回来? 显然是被吸住了抽不回来。
对这一提问可用电流的生理效应来解释。人手触电时,由于电流的刺激,手会由痉挛到麻痹。即使发出抽回手的指令,无奈手已无法执行这一指令了。调查表明,绝大多数触电死亡者,都是手的掌心或手指与掌心的同侧部位触电。刚触电时,手因条件反射而弯曲,而弯曲的方向恰使手不自觉地握住了导线。 这样,加长了触电时间,手很快地痉挛以致麻痹。这时即使想到应松开手指、抽回手臂,已不可能,形似被“吸住”了。如若触电时间再长一点,人的中枢神经都已麻痹,此时更不会抽手了。这些过程都是在较短的时间内发生的。如手的背面触电,对一般的民用电,则不容易导致死亡, 有经验的电工为了判断用电器是否漏电而手边又无线电笔,有时就用食指指甲一面去轻触用电器外壳。 若漏电,则食指将因条件反向而弯曲,弯曲的方向又恰是脱离用电器的方向。 这样,触电时间很短,不致有危险。当然,电压很高,这样作也会有危险
近视眼该不该配戴眼镜
我们经常看到一些患近视眼的人,特别是青少年,他们不愿配眼镜,或已配了眼镜不戴或不经常戴,宁愿眯起眼睛看远处,或看书写字时离桌面很近很近,多看一会就头痛眼花,这是为什么呢 ?有人说:戴镜很不方便,尤其冬季容易出现哈气;也有人说:戴镜久了眼睛都变样了,而且摘不下来了,必须永久戴下去,而且近视眼戴镜越戴越深;还有人恐怕眼镜会遮挡自己美丽的眼睛,等等.到底近视眼该不该戴镜呢? 我们知道近视眼使进入眼内的平行光在视网膜前成像,因此远处的东西就看不清楚了,如果我们在眼前加上一个适当的凹透镜,就可把视网膜前的像向后移动恰好落在视网膜上,这时看远处就很清楚了,像正视眼一样,会给生活工作及学习带来很多方便,所以戴惯近视镜的人一般都不愿意摘下.戴眼镜是否会使眼球变形呢,答案是否定的.一些戴很高度近视镜的人,透过高度的近视镜片其眼球似乎变小了,但是摘下眼镜看依然同前,没有任何改变,所以这是近视镜给人的视觉上的假象.近视度数越高,给人的感觉是眼睛越小.若高度近视者配戴角膜接触镜即隐形眼镜、给人的这一印象就会消除.
那么是否近视镜越戴越深呢?回答也是否定的.近视眼不戴镜,看远时不清楚但不敢调节,因为越调节越看不清楚,但看近时间长了,动用过多调节反而容易增加近视.如果戴上近视眼镜就变成正视眼了,看远清楚,看近也清楚.不过话说回来,不管是否经常戴眼镜,看近时间太长照样会增加近视.因此可以看出近视的加深主要和近距离的学习时间长短有关系
光照与人体健康
光现象是自然界中较早被人们认识的一种自然现象,可是长期以来,人们对于光照对人体健康的影响一直存在一种错误观念,认为:“光不能穿透人体,光对人体健康的影响似乎微不足道”,而大量的研究越来越表明,不仅紫外线能对人体产生影响,可见光在一定的条件下也能对人体产生影响。
有相当数量的光是可以透过人体的,只是由于光的吸收,透明度极小而不容易被发现而已,假若你置身于暗室里,你完全可以清楚的看到微弱的红光透过自己手时的美妙情景。实际上,光与物质的相互作用不仅仅是由光波的频率决定,即使光子能量更低的远红外辐射也能引起光化学反应。地球由于受到大气层的保护,波长小于380nm的太阳紫外辐射到达地球表面的量不到太阳辐射到地球表面总辐射量的1% ,但紫外线比可见光对活细胞DNA的杀伤能力要大几个数量级,故紫外线对人体造成的危害约占太阳光有害生物效应的99% 。厚密的云层虽然能对紫外线起到一定的过滤作用,但也只能减少一半,所以即使阴天在室外活动也能晒黑皮肤。可见光虽然是自然存在的,但从实际光源的发光机制分析,通过光源随机地发出波长和偏振状态瞬息万变的自然光,对人体也是会有影响的。如蓝光对核酸是安全的,因为它不被核酸所吸收,而对胆红素却是不安全的。可见, 安全不是光的波长的固有特性,在一定条件下,可见光对人体也是相当有害的。
通过光照对人体皮肤组织的光生物物理效应的研究发现,蛋白质受紫外线和可见光照射后,将发生光解,同时其溶解度、粘度、对热变性的敏感度及荧光等物理、化学和光学性质均有显著的改变,长期大剂量紫外线照射对皮肤有直接破坏作用和光毒作用,如在高原地区可能诱发基底细胞癌、鳞状细胞癌及黑色素脂的发生。但在一定条件下,近紫外辐射和可见光的照射都对皮肤相关淋巴循环产生影响,有提高或降低机体免疫功能的作用。它们在不同情况下,都有可能达到预防和治疗疾病的目的,也有可能损害机体导致疾病发生。如:长期缺少日照的井下工人上井后照射太阳灯(紫外线灯)能提高机体免疫能力,但高原地区的强辐射则可导致疾病发生,而且对黄种人、白种人和黑种人的表皮组织内遗传因子的作用规律不同,因为已发现白种人在非洲高原地区易发皮肤癌。
通过对光与物质相互作用的研究,面对人体这一特殊重要的研究对象,探查在人皮肤中及培养的人体细胞中紫外辐射和可见光所可能引起的DNA损伤,测定产生DNA损伤的不同波长太阳辐射的穿透程度,对于改善人类的照明环境和解决光化学致癌等医学问题具有重要意义。
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