Bạn hiểu rõ về vật lý con người đến mức nào?

… khi một viên đạn đại bác bay ra khỏi khẩu đại bác, tôi nhảy lên trên nó và lao về phía trước… Một viên đạn đại bác đang lao tới bay qua tôi… Tôi di chuyển tới nó và như không có chuyện gì xảy ra, lao trở lại. Rudolf Erich Raspe. Những cuộc phiêu lưu của Nam tước Munchausen

Cho dù các hiện tượng điện của vật chất vô cơ có tuyệt vời đến đâu cũng không thể so sánh với những hiện tượng liên quan đến hoạt động của hệ thần kinh và các quá trình sống. Michael Faraday

Qua con mắt, không phải bằng con mắt, tâm trí biết cách nhìn thế giới.

William Blake

…chính sinh học đã giúp vật lý khám phá ra định luật bảo toàn năng lượng; Suy cho cùng, Mayer đã thiết lập định luật này khi nghiên cứu lượng nhiệt tỏa ra và hấp thụ bởi một sinh vật sống. Richard Feynman

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

vật lý nhân văn

Trong số lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn giao thoa giữa sinh học và vật lý, lĩnh vực quan trọng nhất nổi bật - vật lý con người. Sau các số trước của Kính vạn hoa thảo luận về vai trò của vật lý trong nghiên cứu thế giới động vật và thực vật, đã đến lúc chuyển sang vấn đề con người. Suy cho cùng, chúng ta đều là những cơ thể vật chất giống như mọi người xung quanh, và các hiện tượng cơ, nhiệt, điện và quang học cũng bộc lộ trong chúng ta. Bằng cách tìm hiểu bản thân, chúng ta thấy mình đóng vai trò là người quan sát, nhà nghiên cứu và đôi khi là… công cụ đo lường. Vậy vật lý không chỉ ở bên ngoài mà còn ở bên trong chúng ta! Tất nhiên, bây giờ bạn chỉ phải đối mặt với một số câu hỏi và sự kiện đơn giản, có vẻ tầm thường. Tuy nhiên, chúng tôi hy vọng rằng họ sẽ đưa ra ý tưởng về vô số kiến ​​thức tích lũy được và những vấn đề chưa được giải quyết ẩn giấu đằng sau chúng trong cái mà ngày nay gọi là khoa học đời sống - và do đó là về bạn và tôi.

Câu hỏi và bài toán

1. Tại sao khi ngồi trên máy bay, nhìn ra ngoài cửa sổ bầu trời không mây, chúng ta không có cảm giác đang bay? 2. Khi bơi ở sông có đáy bùn, bạn có thể nhận thấy chân mình bị kẹt trong bùn nhiều hơn ở những nơi nông hơn là những nơi sâu. Làm thế nào để giải thích điều này? 3. Tại sao tình huống được Nam tước Munchausen mô tả trong đoạn văn lại không thể xảy ra?

2. Tại sao người bơi lại dang rộng cánh tay về phía trước khi ném mình xuống nước? 5. Tại sao ở vùng núi cao, hoạt động của các khớp xương của con người bị gián đoạn: tứ chi không “nghe” rõ và dễ bị trật khớp? 6. Tại sao khi uống nước vào môi lại dâng lên? 7. Nhiệt độ bình thường của con người gần $37 \infty C$. Tại sao chúng ta không lạnh ở nhiệt độ không khí $25 \infty C$ và rất nóng ở $37 \infty C$? 8. Tại sao bạn có thể làm ấm tay và làm mát trà với chuyển động gần như giống nhau của môi khi thở ra? 9. Vì sao trẻ hay bị lạnh hơn người lớn? 10. Tại sao ra sông giữa cơn mưa hè ấm áp mà không thấy lạnh? 11. Tại sao ngón tay bị nứt khi duỗi khớp? 12. Nếu bạn đưa tay tới ống tay áo bằng giấy tích điện treo trên sợi tơ, tay áo sẽ bắt đầu bị hút vào tay bạn. Tại sao? 13. Vòng hoa cây thông Noel được hàn từ các bóng đèn mắc nối tiếp để làm đèn pin. Khi cắm vòng hoa, mỗi bóng đèn sẽ nhận được điện áp 3 volt. Tại sao việc thọc ngón tay vào ổ cắm sau khi tháo một trong các bóng đèn lại nguy hiểm? 14. Khi nghe có tiếng động ở xa, họ vô tình mở miệng. Để làm gì?

15. Tại sao giọng nữ thường cao hơn nam? 16. Nếu bạn đứng sau một cái cột trong rạp hát, bạn không thể nhìn thấy diễn viên trên sân khấu nhưng bạn có thể nghe thấy giọng nói của anh ấy. Làm thế nào để giải thích điều này? 17. Đường kính đồng tử của mắt người có thể thay đổi từ 2 đến 8 mm. Tại sao đạt được thị lực tối đa với đường kính 3–4 mm? 18. Công suất quang học của thấu kính của mắt thay đổi như thế nào khi nhìn từ trang sách đến đám mây ngoài cửa sổ?

Kinh nghiệm vi mô

Nếu bạn ấn nhẹ (!) ngón tay lên mắt, bạn sẽ thấy hình ảnh kép của các vật thể. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

Thật thú vị rằng…

…các nghiên cứu gần đây cho thấy trẻ em có những ý tưởng bẩm sinh về vật lý. Vì vậy, khi được hai tháng tuổi, trẻ hiểu rằng các đồ vật sẽ rơi nếu không được giữ và không biến mất nếu chúng bị giấu đi, và khi được 5 tháng tuổi, trẻ nhận ra rằng nước và cát không phải là chất rắn. …ở các bộ phận khác nhau của cơ thể con người, người ta có thể phát hiện hoạt động của các cơ chế đơn giản. Ví dụ, tất cả các xương của chúng ta có khả năng tự do di chuyển nhất định đều là đòn bẩy - đó là xương của các chi, hàm dưới, các đốt ngón tay và hộp sọ, nằm trên đốt sống đầu tiên. …khi đi bộ, con người di chuyển chân với cái gọi là tần số cộng hưởng, được xác định bởi kích thước cơ thể của họ - điều này có lợi từ quan điểm tiết kiệm năng lượng. Vì vậy, nếu bạn cần đi bộ nhanh hơn, thì trước hết hãy tăng chiều rộng của bước chứ không phải tốc độ đi bộ. …khi áp suất không khí thay đổi mạnh, khả năng nghe của một người sẽ giảm sút. Điều này đặc biệt dễ nhận thấy trên máy bay khi đang lên hoặc xuống. …cơ thể con người bị ảnh hưởng bởi những âm thanh mà tai không cảm nhận được có tần số dưới 16 hertz - siêu âm. Chúng có thể cộng hưởng với các cơ quan nội tạng, dịch chuyển rất nhiều và thậm chí làm biến dạng chúng. …công lao của Julius Mayer trong việc phát hiện ra định luật bảo toàn năng lượng là phát hiện ra sự khác biệt về màu sắc trong tĩnh mạch của con người ở các nước phía bắc và phía nam. Ở phía nam, màu đỏ tươi của nó được xác định bởi lượng oxy dư thừa quay trở lại tĩnh mạch, điều này cho thấy con người tiêu thụ ít năng lượng hơn. …khi làm việc nặng nhọc, một người mất tới 10 lít mồ hôi mỗi ngày. Nếu cơ thể không được làm mát bằng bay hơi, nó sẽ nóng lên tới $100 \infty C$! …cấu trúc điện của sợi thần kinh đã được Luigi Galvani đoán ra về nguyên tắc vào thế kỷ 17. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, người ta vẫn chưa rõ ràng về chất mang thông tin được truyền từ não đến cơ và chỉ đến thế kỷ 20, thực nghiệm mới chứng minh rằng đây là những tín hiệu điện. …Leonardo da Vinci đã có đóng góp to lớn cho việc nghiên cứu cơ chế thị giác bằng cách giải phẫu mắt. Ông đã có thể xác định các bộ phận chính của nó, so sánh hoạt động của nó với hoạt động của các thiết bị quang học và phát hiện ra thực tế là hai mắt nhìn thấy những hình ảnh khác nhau của cơ thể. …tầm nhìn của con người bị giới hạn trong một phạm vi rất hẹp của phổ điện từ. Tuy nhiên, nếu mắt chúng ta cảm nhận được, chẳng hạn như bức xạ hồng ngoại, nó sẽ gặp nhiễu rất lớn - xét cho cùng, bản thân cơ thể con người bức xạ ở khu vực này mạnh hơn hầu hết các vật thể xung quanh chúng ta. …cuốn sách của nhà vật lý lý thuyết xuất sắc Erwin Schrödinger, xuất bản năm 1944, “Cuộc sống là gì theo quan điểm của một nhà vật lý?” đóng vai trò là động lực cho cuộc tấn công vào vấn đề truyền tải thông tin di truyền. Vài năm sau, chiến thắng rực rỡ của sự tương tác giữa vật lý và sinh học là việc giải mã được phân tử “sống” cơ bản – DNA.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về vật lý con người

(các ấn phẩm xuất bản những năm gần đây) 1. “Các nhà vật lý trong sương mù” - 2010, số 2, tr. 42; 2. “Tại sao lại “nheo mắt cận thị”?” – 2014, số 1, tr. 41; 3. “Bơm chân không, phổi của chúng ta và buồng Mirabelle” - 2014, số 5/6, tr. 54; 4. “Nhà vật lý thăm nhà sinh vật học” – 2015, Phụ lục số 1; 5. “Pinocchio và chiếc xích đu của anh ấy” – 2016, số 3, tr. 27; 6. “Chuyển động của ô tô và sinh vật - và định lý về động năng” - 2017, số 1, tr. 36. Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị