Structura misterioasă a corpului uman
Pe de o parte, mecanica este una dintre cele mai importante ramuri ale fizicii. Este baza calității, care determină durabilitatea întregii clădiri a științelor naturale. Pe de altă parte, mecanica este cea mai extinsă și destul de complexă parte a cursului de fizică. Multe noi concepte abstracte, definiții, legi, formule care necesită asimilare obligatorie. În prezent, studiul proceselor de modelare, inclusiv cele care apar în organismele vii, este printre componentele cele mai relevante ale educației. Și în cursul fizicii, studiat în școala modernă, nu se acordă prea multă atenție parametrilor fizici care caracterizează o persoană. Petrovsky V.A. consideră că individul este neutru și nu produce schimbări utile sau dăunătoare în mediul înconjurător, iar una dintre calitățile principale ale individului este activitatea sa. Acceptând, cu afirmația fizicianului francez F. Joliot-Curie, "Mai mare bucurie - de a descoperi și de a crea", am devenit interesați să ne studiem propriul organism.
Swift a suflat împotriva fizicii în călătoriile lui Gulliver cu giganți și lilipuțieni? Giganții săi sunt de 12 ori mai mulți decât o persoană obișnuită, dar conform legilor fizicii, o creatură umanoidă cu o înălțime mai mare de 20 m ar trebui să aibă un schelet atât de masiv, încât, cu toate probabilitățile, ea să se descompună pur și simplu sub greutatea sa. Creșterea dimensiunii ar duce la faptul că corpul ar fi zdrobit sau zdrobit de greutatea proprie. Un om de dimensiuni enorme trebuie să fie grăsime și să nu întoarcă legile fizicii să determine o anumită limită a dimensiunii animalelor și a oamenilor. Există vreo contradicție în mărimea Lillipuților? Liliputieni Creșterea rapidă a puțin mai mult de 10 cm ar putea să existe cu greu. Ei ar trebui să respire mult, să mănânce în mod continuu, să fie întotdeauna într-o mișcare rapidă și în același timp să se înfășoare în haine calde, adică ar fi o problemă cu schimbul de căldură. Concluzie: dimensiunile existente ale corpului uman nu sunt doar optime, ci și singurele posibile. Astfel, se poate concluziona că imaginile personajelor lui Swift sunt fictive și imposibile în lumea reală.
Cum funcționează oasele noastre? La fel ca elementele de construcție, ele lucrează în principal pe compresiune - întindere și îndoire. Designul optim este un os cu o miez parțial lipsit - oase tubulare. Dezvoltarea sistemului osos pe parcursul evoluției a condus la o scădere a masei persoanei cu aproximativ 25%, cu o reducere a rezistenței scheletului. Oasele noastre sunt destul de puternice? Motivul pentru o mare rezistență a oaselor este natura lor compozițională. Este în același timp faptul că asigură o duritate mai mare a scheletului și elasticitatea acestuia. Oasele scheletului nostru sunt superioare atât în granit, cât și în beton. Cu toate acestea, pentru a evita distrugerea corpului, eforturile mecanice care apar în el nu trebuie să depășească rezistența la tracțiune mai mare decât tensiunea admisibilă, aceasta se numește marja de siguranță. Pe exemplul unui om, pot fi urmărite toate tipurile de deformare. Deformările de compresie sunt resimțite de coloana vertebrală, de extremitățile inferioare și de nivelul picioarelor. Tulpini deformate - membrele superioare, ligamentele, tendoanele, mușchii. Îndoiala este coloana vertebrală, oasele pelvine; torsiune - gâtul cu rotirea capului, trunchiul din partea inferioară a spatelui atunci când se rotește, mâinile cu rotație etc. Coloana vertebrală poate rezista sarcinii de o jumătate de tonă (mașina Volga). Indiferent de încărcăturile aplicate, osul nu funcționează niciodată pentru o pauză, ci numai pentru întindere și stoarcere. O ilustrare excelentă a forței oaselor umane poate fi scheletul unui karate. Concentrează cursa scurtă pe o parte foarte mică a corpului, fără a face cu mâinile lungi flapsuri. Prin urmare, o lovitură de karate poate distruge țesuturile și oasele inamice, spre care este îndreptată. Un karatek bine antrenat poate lovi câteva kilowați câteva milisecunde. Mâna karatei nu se rupe nici măcar atunci când lovește un bloc de beton, care se datorează în parte rezistenței mai mari a osului în comparație cu betonul. În plus, între os și bara de beton există întotdeauna o țesătură elastică, un impact de absorbție a șocurilor.
În scheletul animalelor și al oamenilor, toate oasele care au o anumită libertate de mișcare sunt pârghii. De exemplu, o persoană are oase de extremități, o maxilară inferioară, un craniu și falangi de degete. Mecanismele de pârghie ale scheletului sunt concepute, de obicei, pentru a câștiga viteza cu o pierdere de putere. Luați în considerare condițiile pentru echilibrul pârghiei pe exemplul craniului. Aici, axa de rotație a pârghiei trece prin articularea craniului cu prima vertebră. Partea din față a vârfului pe un umăr relativ scurt este afectată de gravitatea capului. în spatele - forța de tracțiune a mușchilor și ligamentelor atașate la osul occipital. Mâna este, de asemenea, o pârghie perfectă, care se află în articulația cotului. Forța acționând este forța bicepsului (biceps), care este atașată la bucata de rază, rezistența depășită este greutatea. atașat la perie. Sub acțiunea forței, brațul de pârghie ridică încărcătura de pe palma mâinii tale. Punctul de aplicare a forței este la o distanță de = 3 cm (adică umărul forței = 3 cm), iar brațul de gravitație = 30 cm. Astfel, pentru a menține încărcătura. este nevoie de un mușchi de zece ori mai mare decât greutatea încărcăturii. Faptul că pierdem aici în vigoare nu contează cu adevărat - musculatura are destulă putere. Dar este foarte important ca, pierzând la putere, să câștigăm în alte privințe. O ușoară scurtare a lungimii mușchiului permite în acest caz o mișcare semnificativă a palmei cu încărcătura (putem ridica încărcătura chiar până la umăr). În plus, câștigăm în viteza de mișcare. Muschii nu pot contracta foarte repede; din fericire, această pârghie nu este necesară: viteza de mișcare a palmei cu încărcătura este de 10 ori mai mare decât cea a contracției musculare. Cu alte cuvinte, pierzând de zece ori forța, câștigăm în același timp și în lungimea și viteza de deplasare a încărcăturii. Un alt exemplu de funcționare a pârghiei este efectul libertății piciorului atunci când se ridică pe jumătatea degetelor. Suportul pârghiei, prin care trece axa de rotație, este capul oaselor metatarsale. Forța depășită - greutatea întregului corp - se aplică osului talusului. Forța musculară activă care ridică corpul este transmisă prin tendonul lui Ahile și este atașată protuberanței calcaneului. De ce, cu o mână întinsă, nu puteți să păstrați aceeași greutate ca cea îndoită? Când brațul este extins, direcția acțiunii forței musculare este un unghi mic cu axa longitudinală de rotație a pârghiei. Pentru a menține sarcina în același mod ca și cu o mână îndoită, este necesar să creșteți considerabil efortul muscular. Cu același efort muscular, un braț alungit poate avea o greutate mult mai mică decât o îndoită.
Unii dintre cei mai puternici mușchi dintr-o persoană sunt aceia care se află pe ambele părți ale gurii și care sunt responsabili de compresia fălcilor. Ei sunt în măsură să dezvolte efort până la 700H! Conform cercetărilor, persoana care plânge are 43 de mușchi faciali, în timp ce râsul are doar 17 râde astfel, este profitabil din punct de vedere energetic. Dacă toate mușchii unei persoane se tundeau, ar provoca o forță de presiune de aproximativ 250 kN. Structura și forma mușchilor depind de munca pe care trebuie să o îndeplinească cel mai des. Forța dezvoltată de mușchi este suma geometrică a acestor fibre individuale. Prin urmare, cu cât este mai groasă musculatura, cu atât este mai puternică, de exemplu, mușchiul vițelului. Se poate ridica o greutate de până la 130 kg. În medie, mușchii umane pentru fiecare secțiune transversală de 1 cm2 dezvoltă o forță de 160 N. Această forță poate varia, deoarece este determinată nu numai de sistemul nervos central, ci și de condițiile mecanice externe, sarcina. Dacă ați ridicat o greutate de câțiva kilograme și l-ați păstrați pe greutate, atunci din punct de vedere al mecanicii ați lucrat numai atunci când ridicați încărcătura, dar menținerea greutății în greutate nu este mult mai ușoară decât ridicarea acesteia. Acest lucru se datorează faptului că mușchii care mișcă brațele sau picioarele în mișcare sunt capabili de contracții rapide, dar fiecare reducere durează un timp scurt. Contracția musculaturii este cauzată de un semnal care vine către ea prin nervii creierului. Dacă mențineți greutatea pentru o lungă perioadă de timp în greutate, astfel de semnale continuă să urmeze unul pe celălalt urmând mușchiul. Când vine următorul semnal, contracția musculară se încheie, dar apoi ea însăși se relaxează până când se recepționează semnalul următor. În consecință, încărcătura pe care o dețineți prezintă mici fluctuații în sus și în jos. Mâna tremura, ceea ce este deosebit de remarcabil dacă mențineți greutatea mult timp. Mușchii scheletici nu sunt capabili să mențină sarcina într-o poziție strict definită. Odată cu ridicarea periodică a mărfurilor pe distanțe scurte, se va efectua munca. Prin urmare, mâna devine obosită, nu numai atunci când ridicați încărcătura, dar și atunci când țineți-o pe greutate.
Abilitățile corpului uman sunt unice.