人體中的物理

張楚中

摘要：人體結構很奇妙，我們習以為常的讀書、寫字、走路、唱歌、拿東西、做運動等無不蘊含著物理知識。圍繞人體與聲音、人體與相機、人體與運動、人體生物電四個方面來探討。

關鍵詞：聲帶;音調音色;雙耳效應;回聲定位;紅外線;生理彎曲;壓強;生物電

一、人體與聲音

1、聲音的產生

人體發音器官大致分為動力區、原音區和調音區。肺是產生聲音的動力源泉。肺呼吸產生的氣流隨著氣管輸送到咽喉，作用在聲帶上，聲帶在氣流的作用下產生振動，從而發出了聲音。這之后又通過口、鼻、喉等腔體的共鳴作用，將原音加以調整和加強，發出了平時所聽到的聲音。

有的人聲音尖細，有的人聲音低沉，這是為什么？人的聲帶寬窄、厚薄不一樣，男人的聲帶一般比較寬厚，發音時振動較慢，發出的聲音比較低沉，女人的聲帶比較細薄，發音時振動較快，發出的聲音比較尖細，兒童的聲帶沒有發育完全，和女人的聲帶一樣，發音比較尖細，到了十四五歲時，男孩的聲音變得寬厚，女孩的聲音變得更尖細，究其實是聲帶發生了變化造成的。

正是由于人的發音系統結構有微小的區別，發出的聲音在品質上是有區別的，因此，每個人的音色是不同的。我們憑借音色可以辨別是誰在講話。很小的嬰兒能把媽媽的聲音和其他人的聲音區分開來就是這個道理。

2、聲音的接受

耳朵是人的聽覺器官，外界的聲音通過空氣傳入耳朵引起耳膜振動，這種振動產生的信號經過聽小骨及其他組織傳給聽覺神經，聽覺神經把信號傳給大腦，人就聽到了聲音。

有這么一個游戲，蒙住游戲者的雙眼，堵住一只耳朵，讓他辨別聲音的方位，游戲者無法做出準確的判斷，拿掉耳塞后卻做出準確的判斷，這是為什么？這是因為聲音傳到兩耳的距離一般不同，聲音傳到兩耳的時刻和強弱等也就不同，根據這些差異，人就可以判斷聲源的位置，這就是雙耳效應。

一些失去聽覺的人可以利用骨傳導來聽聲音，骨傳導不用空氣傳聲，可以避免嘈雜的環節干擾，在工業、戰場、生活中有廣泛的應用。

3、回聲定位

蝙蝠在夜間活動、覓食，從來不會撞到樹枝、墻壁上，而且能以很高的精確度確認目標的位置，蝙蝠采用的這種方法叫回聲定位。人也能做到回聲定位。2021年6月，遼寧衛視有有一檔節目叫《有請主角兒》，講的是一個叫陳燕珍妮的盲人姑娘，利用回聲能夠準確判斷前方障礙物的大小和距離。節目嘉賓雷明、馬丁老師對她進行了反復的試探，都沒有逃過珍妮的“雙眼”，令人嘆為觀止，嘖嘖稱奇。

二、人體與相機

人靠眼睛來感知色彩斑斕的世界。人的眼睛，是一架全自動智能“照相機”。眼睛的瞳孔就像照相機的光圈，根據自然界的光線強弱自動調節瞳孔的大小。晶狀體及角膜就像照相機的鏡頭，把來自物體的光線會聚在視網膜上，形成倒立、縮小的物體的像。眼睛通過睫狀體的緊張和放松來改變晶狀體的焦距，對于正常的眼睛來說，較遠、較近物體的像始終清晰地成在視網膜上。

人的雙眼不僅有助于看清物體，還有助于判斷物體的位置。

人體有恒定溫度，會散發出一定波長的看不見的光叫紅外線。當人體生病時，局部皮膚溫度異常，散發的紅外線強度會發生變化，因此，醫學上可以用紅外線膠片相機對人體皮膚拍照，用紅外線膠片拍攝的熱譜圖與健康人照片對比，有助于診斷疾病。

三、人體與運動

人走路、奔跑、攀爬、跳躍、拿東西等運動是神經系統、肌肉系統和骨骼系統協同工作的結果。神經系統控制肌肉系統，產生對肌肉系統的作用力，來完成各種動作，平衡器官的協同工作，保持人體不偏離重心，實現人體應有的姿態。

1、肌肉、骨骼的杠桿作用

枕環關節、盆骨大腿關節、髁關節等可用較小的力克服較大的力，屬于省力杠桿，主要用于調整人的姿態，保持人體的平衡。膝關節、肩關節、肘關節等屬于費力杠桿。如，手持重物時，肘關節彎曲，關節滑車為支點，肱二頭肌作為動力，當肱二頭肌收縮時，使肘關節彎曲以保持上肢的穩定。

2、骨骼的減震作用

人體器官，特別是大腦不能受到經常性的劇烈震蕩。人體的生理彎曲，例如：足弓、股骨和脛骨的彎曲、腰曲、胸曲、頸曲以及關節盤等就像自行車車座下的彈簧一樣，起到減震作用，能把人行走或跳躍運動所產生的沖擊力減弱、吸收，有效減小運動過程中的振動對大腦、臟器的影響。

3、口腔里的學問

在人的口腔中，舌頭表面是粗糙的，上顎上也有紋路，這些粗糙的紋路增大了與食物的摩擦力，便于攪動食物或者把食物送入食道。口腔一般28至32顆牙齒不等。分前牙和后牙。前為切牙后為磨牙。前牙的切齒比較尖，磨齒的牙冠有尖狀凸起，這些尖凸有什么用呢？這是通過減少受力面積，增大壓強達到咬斷食物或嚼碎食物的目的

四、人體生物電

人體神經活動和肌肉運動都伴隨著細微的的電流和電壓的變化，這種電流叫生物電流，維持人體生物電流的電壓大約1mv。

生物電流是怎樣產生的呢？人體細胞內壁分布大量的鉀離子，細胞外壁卻分布不等量的鈉離子。由于鉀離子和鈉離子都帶正電荷，而且二者的電荷量又不相等，所以細胞內外壁具有一定的電勢差。當細胞受到刺激時就會產生電流，電流又刺激該點電勢的變化，電勢的變化又導致細胞內再次產生電流。

生物電流傳導興奮。人體感受到冷熱、疼痛都是生物電流傳導的結果。若人體生病或不適時，生物電流會發生變化，引起人體生物磁場的紊亂。若神經組織損壞了，生物電流就無法傳遞到大腦，人就會失去知覺，這也是癱瘓病人感覺不到疼痛的原因。

現代醫學利用心電圖、腦電圖等醫療設備對人體重要臟器的工作情況進行檢測，有助于醫生對疾病的診斷和治療。生物電流對人的身體保養也有積極地意義，其原理是醫療器械模仿的人體生物電流輸送到人的肌體，引起人體生物電流的共振，達到疏通經絡，恢復人體生物電流和磁場的正常值水平，疾病自然不藥而治。

人體奧秘無窮，上面講的只是冰山一角。若有興趣，請你聆聽自己的心音，走進神奇的物理科學殿堂，來一一揭開它神秘的面紗吧.