人體中的物理量

蘊藏在人體中的物理知識一、人體與光學眼睛：眼球好像一架照相機，晶狀體和角膜的共同作用相當于一個焦距可以改變的凸透鏡，它把來自物體的光會聚在視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜就像“膠卷”。接收物體的像。眼睛的瞳孔就像照相機的光圈，光的強弱不同，它的大小會改變。對于正常的眼睛，當人看較遠的物體時，晶狀體曲度減小，焦距變大；看近處的物體時，晶狀體曲度又變大，焦距變小，可以始終使像清晰地成在視網(wǎng)膜上。體溫：人體各個部位、早晚及男女之間的體溫均存在著差異。人體正常體溫有一個較穩(wěn)定的范圍，但并不是恒定不變的。正常人口腔溫度（又稱口溫）為36.3°C?37.2°C，腋窩溫度較口腔溫度低0.3C?0.6C，直腸溫度（也稱肛溫）較口腔溫度高0.3C?0.5C。一天之中，清晨2?5時體溫最低，下午5?7時最高，但一天之內(nèi)溫差應小于1C。另外，女子體溫一般較男子高0.3C左右。女子體溫在經(jīng)期亦有些許變化。人體輻射紅外線，身體部位不同，輻射紅外線的強弱不同。但如果人體某處有炎癥，溫度局部增高時，局部散發(fā)的紅外線強度會發(fā)生變化，因此，醫(yī)學上可以通過拍攝紅外照片進行輔助診斷。頭發(fā)：頭發(fā)對人的大腦具有一定的保護作用。頭發(fā)能調(diào)節(jié)體溫保護大腦的作用。冬天，血管收縮，頭發(fā)能使頭部保持一定的熱量；夏天，頭發(fā)可以遮擋日光的直射對頭皮的傷害，同時，血管擴張，又能外散發(fā)熱量。因此，頭發(fā)具有既能保溫又能散熱的雙重功能。二、人體與力學肌肉、骨和關節(jié)：人的運動是在神經(jīng)系統(tǒng)的支配下由肌肉、骨和關節(jié)共同協(xié)作完成的，肌肉收縮是人體運動的動力，骨是杠桿中的硬棒，關節(jié)是支點。關節(jié)表面有一層軟骨，關節(jié)腔內(nèi)有滑液，這樣的結(jié)構(gòu)可以減少摩擦和沖擊。手臂是一個費力杠桿。上端與肩胛骨和肱骨相連接，下端與橈骨相連接的肱二頭肌收縮。動力臂小于阻力臂是費力杠桿。牙齒：人體的牙齒，牙齒的功能是咀嚼食物。門牙的功能是切斷食物，寬而薄利于它的功能發(fā)揮；尖牙的作用是撕裂食物，尖而小，利于增大壓強。臼牙的功能是磨碎食物，其表面凹凸不平，能增大摩擦力。呼吸：吸氣時，胸部擴張，胸內(nèi)肺泡跟著擴張，于是肺的容積增大，肺內(nèi)空氣壓強減小，小于體外的壓強，大氣壓將新鮮空氣經(jīng)鼻腔，氣管壓入肺中；呼氣時，胸部收縮，肺的容積縮小，肺內(nèi)空氣壓強增大，大于體外的大氣壓強，肺中的一部分空氣經(jīng)氣管，鼻腔排出體外。腳掌：人體的腳掌著地面積大，減小壓強，走路時不易陷入泥里。一般規(guī)律是體型高大的人的腳也較大，這樣保證體重不同的人走路時對地的壓強基本相同。心臟：心臟是人體血液流動的動力器官，收縮時心臟內(nèi)壓強增大，使血液射向動脈血管，舒張時心臟內(nèi)壓強降低，血液流回心臟。心臟的一收一舒推動著血液在血管中不停的流動，心臟不停地跳動對血液做功。人體心臟正常工作的功率約1.4W左右。脊柱：人體的脊柱有四個生理彎曲（頸曲、胸曲、腰曲和骶曲）和腳弓、股骨和脛骨的彎曲，這些彎曲可以增加脊柱本身的彈性，緩沖劇烈運動對腦的震蕩。就像自行車車座下的彈簧一樣，能把人行走或跳躍過程中上下運動的動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，能有效減小行走過程中的振動對大腦的影響。足弓：人體的足弓象三腳架一樣，增加了人站立時的穩(wěn)定性。同時足弓的弓型結(jié)構(gòu)能對力進行分解，能減輕人在行走和運動時對腦的震蕩?？谇唬涸谌说目谇恢?，舌頭表面是粗糙的，還有上顎上也有紋路，增大了與食物的摩擦，便于攪動食物或者把事物送入食道。掌紋：人的手掌和腳掌上都有特殊的掌紋。在握力一定時，手掌上的指紋和掌紋可以增大與接觸物的摩擦，便于人抓緊要拿的東西。腳掌上的花紋，可以增大摩擦，使人走起路來腳不和襪子、鞋子打滑，更省勁。走路：人走路時，腳和地面之間產(chǎn)生摩擦，腳用力向后蹬地，相對于地有向后運動的趨勢，地面對鞋底就產(chǎn)生了阻礙腳相對于地向后運動的摩擦阻力，這個力向前，正是這個力使人前進。平均密度：人的平均密度和水的密度差不多約為1000千克/米3。三、人體與電學電流：人體內(nèi)有電流，人體心臟的跳動就是由電流來控制的。在人的胸部和四肢連上電極，就可以在儀器上看到控制心臟跳動的電流隨時間變化的曲線，這就是通常說的心電圖。通過心電圖可以了解心臟的工作是否正常。還有腦電圖也是根據(jù)這一現(xiàn)象制成的。測謊儀也是根據(jù)人體電流情況做出判斷的。人在撒謊時，人體的生物電流會發(fā)生異常變化，根據(jù)生物電流情況可以做出是否在撒謊的判斷。電阻：一般在干燥環(huán)境中，人體電阻大約在2千歐-20兆歐范圍內(nèi)；皮膚出汗時，約為lkQ左右；皮膚有傷口時，約為800Q左右。人體觸電時，皮膚與帶電體的接觸面積越大，人體電阻越小。當人體接觸帶電體時，人體就被當作一電路元件接入回路。人體阻抗通常包括外部阻抗（與觸電當時所穿衣服、鞋襪以及身體的潮濕情況有關，從幾千歐一幾十兆歐不等）和內(nèi)部阻抗（與觸電者的皮膚阻抗和體內(nèi)阻抗有關）。人體阻抗不是純電阻，主要由人體電阻決定。人體電阻人體電阻也不是一個固定的數(shù)值。一般認為干燥的皮膚在低電壓下具有相當高的電阻，約10萬歐。當電壓在500-1000伏時，這一電阻便下降為1000歐。表皮具有這樣高的的電阻是因為它沒有毛細血管。手指某部位的皮膚還有角質(zhì)層，角質(zhì)層的電阻值更高，而不經(jīng)常摩擦部位的皮膚的電阻值是最小的。皮膚電阻還同人體與體的接觸面積及壓力有關。當表皮受損暴露出真皮時，人體內(nèi)因布滿了輸送鹽溶液的血管而具有很低的電阻。一般認為，接觸到真皮里，一只手臂或一條腿的電阻大約為500歐。因此，由一只手臂到另一只手臂或由一條腿到另一條腿的通路相當于一只1000歐的電阻。假定一個人用雙手緊握帶電體，雙腳站在水坑里而形成導電回路，這時人體電阻基本上就是體內(nèi)電阻約為500歐。一般情況下，人體電阻可按1000-2000歐考慮。安全電壓：行業(yè)規(guī)定安全電壓為36V,安全電流為10mA，原因如下：電擊對人體的危害程度，主要取決于通過人體電流的大小和通電時間長短。電流強度越大，致命危險越大；持續(xù)時間越長，死亡的可能性越大。能引起人感覺到的最小電流值稱為感知電流，交流為1mA，直流為5mA；人觸電后能自己擺脫的最大電流稱為擺脫電流，交流為10mA，直流為50mA；在較短的時間內(nèi)危及生命的電流稱為致命電流，如100mA的電流通過人體1s，可足以使人致命，因此致命電流為50mA。在有防止觸電保護裝置的情況下，人體允許通過的電流一般可按30mA考慮。人體對電流的反映：8~10mA手擺脫電極已感到困難，有劇痛感（手指關節(jié)）.20~25mA手迅速麻痹，不能自動擺脫電極，呼吸困難.50~80mA呼吸困難,心房開始震顫.90~100mA呼吸麻痹，三秒鐘后心臟開始麻痹，停止跳動.根據(jù)歐姆定律（I=U/R）可以得知流經(jīng)人體電流的大小與外加電壓和人體電阻有關。人體電阻除人的自身電阻外，還應附加上人體以外的衣服、鞋、褲等電阻，雖然人體電阻一般可達5000Q，但是，影響人體電阻的因素很多，如皮膚潮濕出汗、帶有導電性粉塵、加大與帶電體的接觸面積和壓力以及衣服、鞋、襪的潮濕油污等情況，均能使人體電阻降低，所以通常流經(jīng)人體電流的大小是無法事先計算出來的。因此，為確定安全條件，往往不采用安全電流，而是采用安全電壓來進行估算：一般情況下，也就是干燥而觸電危險性較大的環(huán)境下，安全電壓規(guī)定為36V，對于潮濕而觸電危險性較大的環(huán)境（如金屬容器、管道內(nèi)施焊檢修），安全電壓規(guī)定為12V，這樣，觸電時通過人體的電流，可被限制在較小范圍內(nèi)，可在一定的程度上保障人身安全。四、人體與磁學心磁圖：70年代以來，用低溫超導量子干涉儀技術進行了更細致的研究。心臟磁圖和電圖有一定相關性，但心磁圖能提供更多的信息，如心臟受傷供血不足或出現(xiàn)心肌梗死時，可檢測到出現(xiàn)的恒定磁場成分并能對病變部位定位，用心電圖無法檢測出的24?36周胎兒的心率可用磁強計檢測到。腦磁圖和神經(jīng)磁場：1968年,D.科恩首次記錄到腦的a節(jié)律磁圖。研究表明，a節(jié)律的源定向與皮層表面垂直。在臨床上利用記錄發(fā)作期癲癇樣放電對應的腦磁圖，可對癲癇病灶作精確的三維空間定位。另一類腦磁場是測量感覺誘發(fā)磁場，對閃光刺激引起的視覺誘發(fā)腦磁場、聲音刺激誘發(fā)的聽覺腦磁場等的研究表明，其磁場峰值部位與生理學對視覺和聽覺的腦皮層定位有很好的對應關系。1980年J.P.威克斯沃等在蛙離體坐骨神經(jīng)上成功地測量了神經(jīng)磁場，同時測定的由電刺激誘發(fā)的雙向動作電位和磁場之間有很好的一致性，只是磁場變化時相稍為滯后。肺磁圖：1973年，D.科恩首次檢測了肺磁場。用探測器在人胸或背部表面掃描，或按規(guī)定的網(wǎng)格分別定點測量磁化后的剩磁場，得到的肺各部位磁場分布即是肺磁圖。通過分析,可推算出人肺內(nèi)各部位沉積的鐵磁性物質(zhì)的含量和與之混合的其他粉塵含量，是對粉塵環(huán)境下作業(yè)工人的勞動防護監(jiān)測的精確和方便的技術，同時也可了解吸煙者或其他肺部疾病患者的肺泡清除功能。五、人體與聲學聲帶：聲帶是人的發(fā)聲器官，當氣體沖出時引起聲帶振動而發(fā)出聲音。說話聲、笑聲、哭聲、叫聲等都是聲帶的振動而產(chǎn)生的。男女聲帶的結(jié)構(gòu)略有不同，所以音調(diào)也不同。漸老后，聲帶會略有松弛，所以老年人的音調(diào)一般都較低。耳朵：人體的耳朵，耳道內(nèi)有鼓膜，外界傳來的聲音引起鼓膜振動，這種振動經(jīng)過聽小骨及其他組織傳給聽覺神經(jīng)，聽覺神經(jīng)把信號傳給大腦，這樣人就聽到了聲音。人類的發(fā)聲頻率范圍大約在85?1100Hz之間，人耳能聽到的聲音頻率范圍大約在20?20000Hz之間，對于低于20Hz的次聲波與高于20000Hz的超聲波人耳都不能聽見；如果人耳的傳導系統(tǒng)的鼓膜、聽小骨因病損壞時，聲波還可以骨傳導（頭骨、頜骨）傳到聽覺神經(jīng)，從而產(chǎn)生聽覺；“聞其聲便知其人”是靠音色不同來識別熟悉的人；人耳能區(qū)分兩次聲音（或回聲）的間隔應大于0.17s，人所處的理想環(huán)境是15-40dB。雙耳效應：雙耳效應是人們依靠雙耳間的音量差、時間差和音色差判別聲音方位的效應，幫助人判斷聲源的位置。五、人體與熱學體溫：人體正常的體溫（口腔溫度）大約是37。C，體表溫度（如腋下）要略低些。當人體的汗水蒸發(fā)時，由于蒸發(fā)吸熱會使我們的體表溫度降低。根據(jù)這一原理，在我們感冒發(fā)燒時，