人体中的物理

张楚中

摘要：人体结构很奇妙，我们习以为常的读书、写字、走路、唱歌、拿东西、做运动等无不蕴含着物理知识。围绕人体与声音、人体与相机、人体与运动、人体生物电四个方面来探讨。

关键词：声带;音调音色;双耳效应;回声定位;红外线;生理弯曲;压强;生物电

一、人体与声音

1、声音的产生

人体发音器官大致分为动力区、原音区和调音区。肺是产生声音的动力源泉。肺呼吸产生的气流随着气管输送到咽喉，作用在声带上，声带在气流的作用下产生振动，从而发出了声音。这之后又通过口、鼻、喉等腔体的共鸣作用，将原音加以调整和加强，发出了平时所听到的声音。

有的人声音尖细，有的人声音低沉，这是为什么？人的声带宽窄、厚薄不一样，男人的声带一般比较宽厚，发音时振动较慢，发出的声音比较低沉，女人的声带比较细薄，发音时振动较快，发出的声音比较尖细，儿童的声带没有发育完全，和女人的声带一样，发音比较尖细，到了十四五岁时，男孩的声音变得宽厚，女孩的声音变得更尖细，究其实是声带发生了变化造成的。

正是由于人的发音系统结构有微小的区别，发出的声音在品质上是有区别的，因此，每个人的音色是不同的。我们凭借音色可以辨别是谁在讲话。很小的婴儿能把妈妈的声音和其他人的声音区分开来就是这个道理。

2、声音的接受

耳朵是人的听觉器官，外界的声音通过空气传入耳朵引起耳膜振动，这种振动产生的信号经过听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信号传给大脑，人就听到了声音。

有这么一个游戏，蒙住游戏者的双眼，堵住一只耳朵，让他辨别声音的方位，游戏者无法做出准确的判断，拿掉耳塞后却做出准确的判断，这是为什么？这是因为声音传到两耳的距离一般不同，声音传到两耳的时刻和强弱等也就不同，根据这些差异，人就可以判断声源的位置，这就是双耳效应。

一些失去听觉的人可以利用骨传导来听声音，骨传导不用空气传声，可以避免嘈杂的环节干扰，在工业、战场、生活中有广泛的应用。

3、回声定位

蝙蝠在夜间活动、觅食，从来不会撞到树枝、墙壁上，而且能以很高的精确度确认目标的位置，蝙蝠采用的这种方法叫回声定位。人也能做到回声定位。2021年6月，辽宁卫视有有一档节目叫《有请主角儿》，讲的是一个叫陈燕珍妮的盲人姑娘，利用回声能够准确判断前方障碍物的大小和距离。节目嘉宾雷明、马丁老师对她进行了反复的试探，都没有逃过珍妮的“双眼”，令人叹为观止，啧啧称奇。

二、人体与相机

人靠眼睛来感知色彩斑斓的世界。人的眼睛，是一架全自动智能“照相机”。眼睛的瞳孔就像照相机的光圈，根据自然界的光线强弱自动调节瞳孔的大小。晶状体及角膜就像照相机的镜头，把来自物体的光线会聚在视网膜上，形成倒立、缩小的物体的像。眼睛通过睫状体的紧张和放松来改变晶状体的焦距，對于正常的眼睛来说，较远、较近物体的像始终清晰地成在视网膜上。

人的双眼不仅有助于看清物体，还有助于判断物体的位置。

人体有恒定温度，会散发出一定波长的看不见的光叫红外线。当人体生病时，局部皮肤温度异常，散发的红外线强度会发生变化，因此，医学上可以用红外线胶片相机对人体皮肤拍照，用红外线胶片拍摄的热谱图与健康人照片对比，有助于诊断疾病。

三、人体与运动

人走路、奔跑、攀爬、跳跃、拿东西等运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。神经系统控制肌肉系统，产生对肌肉系统的作用力，来完成各种动作，平衡器官的协同工作，保持人体不偏离重心，实现人体应有的姿态。

1、肌肉、骨骼的杠杆作用

枕环关节、盆骨大腿关节、髁关节等可用较小的力克服较大的力，属于省力杠杆，主要用于调整人的姿态，保持人体的平衡。膝关节、肩关节、肘关节等属于费力杠杆。如，手持重物时，肘关节弯曲，关节滑车为支点，肱二头肌作为动力，当肱二头肌收缩时，使肘关节弯曲以保持上肢的稳定。

2、骨骼的减震作用

人体器官，特别是大脑不能受到经常性的剧烈震荡。人体的生理弯曲，例如：足弓、股骨和胫骨的弯曲、腰曲、胸曲、颈曲以及关节盘等就像自行车车座下的弹簧一样，起到减震作用，能把人行走或跳跃运动所产生的冲击力减弱、吸收，有效减小运动过程中的振动对大脑、脏器的影响。

3、口腔里的学问

在人的口腔中，舌头表面是粗糙的，上颚上也有纹路，这些粗糙的纹路增大了与食物的摩擦力，便于搅动食物或者把食物送入食道。口腔一般28至32颗牙齿不等。分前牙和后牙。前为切牙后为磨牙。前牙的切齿比较尖，磨齿的牙冠有尖状凸起，这些尖凸有什么用呢？这是通过减少受力面积，增大压强达到咬断食物或嚼碎食物的目的

四、人体生物电

人体神经活动和肌肉运动都伴随着细微的的电流和电压的变化，这种电流叫生物电流，维持人体生物电流的电压大约1mv。

生物电流是怎样产生的呢？人体细胞内壁分布大量的钾离子，细胞外壁却分布不等量的钠离子。由于钾离子和钠离子都带正电荷，而且二者的电荷量又不相等，所以细胞内外壁具有一定的电势差。当细胞受到刺激时就会产生电流，电流又刺激该点电势的变化，电势的变化又导致细胞内再次产生电流。

生物电流传导兴奋。人体感受到冷热、疼痛都是生物电流传导的结果。若人体生病或不适时，生物电流会发生变化，引起人体生物磁场的紊乱。若神经组织损坏了，生物电流就无法传递到大脑，人就会失去知觉，这也是瘫痪病人感觉不到疼痛的原因。

现代医学利用心电图、脑电图等医疗设备对人体重要脏器的工作情况进行检测，有助于医生对疾病的诊断和治疗。生物电流对人的身体保养也有积极地意义，其原理是医疗器械模仿的人体生物电流输送到人的肌体，引起人体生物电流的共振，达到疏通经络，恢复人体生物电流和磁场的正常值水平，疾病自然不药而治。

人体奥秘无穷，上面讲的只是冰山一角。若有兴趣，请你聆听自己的心音，走进神奇的物理科学殿堂，来一一揭开它神秘的面纱吧.