29. Як впливають зміни у навколишньому середовищі на виділення енергії організмом теплокровних тварин і людини?

Відповідь. До зниження температури гомойотермні тварини пристосувалися завдяки таким утворенням: пір’яний і волосяний покрив; тремтіння (мікроскорочення зовні нерухомих м’язів зменшують тепловитрати); додаткової енергії, що підтримує обмін речовин під час окиснення бурої жирової тканини у ссавців.

Пристосування теплокровних до високих температур багато в чому подібні до аналогічних властивостей холоднокровних: потовиділення й випаровування води зі слизової ротової порожнини і верхніх дихальних шляхів; розширення кровоносних судин, які розміщені близько до поверхні шкіри, що посилює тепловіддачу.

Світлова енергія Сонця трансформується організмами в інші форми: у хімічну, механічну і теплову енергію. Згідно із законами термодинаміки, такі перетворення завжди супроводжуються розсіюванням частини енергії у формі тепла.

30. Нормальна температура тіла людини становить 36,6 °С. Однак людині холодно, коли температура повітря становить 25 °С, і жар-ко — коли 36 °С. У воді ж, навпаки, при температурі 36 °С людина почувається нормально, а при температурі 25 °С їй холодно. Чому?

Відповідь. Організм людини є саморегулюючою термодинамічною системою, зв’язаною з навколишнім середовищем. Відчуття тепла і холоду виникає залежно від швидкості випромінювання енергії тілом людини у навколишнє середовище. Оскільки нормальним середовищем, у якому живе людина, є повітря, то її організм в процесі еволюції пристосувався добре почуватися при середній температурі повітря 25 °С. При цьому організм «бере до уваги» малу теплопровідність повітря і відповідно випромінює енергію з певною потужністю. Якщо температура повітря знижується чи підвищується, то порушується відносна рівновага системи «людина — повітря» і виникає відчуття холоду або тепла.

Теплопровідність води значно більша, ніж теплопровідність повітря. Отже, швидкість тепловіддачі організму у воді більша, ніж у повітрі, і тому при температурі 25 °С людині холодно. При температурі води 36—37 °С створюється повна термодинамічна рівновага організму і середовища, внаслідок чого людина не відчуває ні холоду, ні тепла.

31. Кожному, хто купався під час дощу, відоме відчуття сухості під водою, коли немає бажання вилізати з неї, щоб не змокнути. Чому?

Відповідь. Відчуття вологості або сухості шкіри у людини зазвичай пов’язується з відчуттям її охолодження. Холодні краплі дощу, потрапляючи на шкіру, охолоджують її. Крім того, випаровування води з поверхні шкіри також сприяє її охолодженню. У воді ж ці ефекти відсутні. Тому під час дощу у воді «сухіше», ніж у повітрі.

32. Поясніть, чому людині набагато важче виконувати важку фізичну роботу при високій вологості повітря.

Відповідь. Для людини найбільш сприятливою вважається вологість у межах від 40 до 60 %. За високої вологості повітря процес випаровування з поверхні тіла уповільнюється, а за 100 % — припиняється повністю (за такої вологості на предметах з’являється роса). Це призводить до перегрівання організму й утруднює виконання важкої фізичної праці. Вологість менш ніж 40 % призводить до посилення втрати організмом вологи, його зневоднення.

33. Через люті зимові морози люди інколи замерзають і гинуть. Причому при сильному охолодженні існує така стадія, коли людина

ще жива, а врятувати її дуже важко. Насамперед тіло треба розігріти. Водночас будь-яка спроба зігріти, наприклад, розтираючи частини тіла або за допомогою гарячого напою чи алкоголю, призводить до того, що кров посилено прибуває до зігрітої частини тіла, а переохолоджене серце тимчасом може зупинитися. Як можна врятувати переохолоджену людину?

Відповідь. Потрібно якомога швидше подати тепло до серця, мозку та інших життєво важливих органів. Так, відомий лікар Татті запропонував у якості ресурсу, що переносить тепло до серця, саму кров. Він порадив класти гарячі грілки на місця виходу до поверхні шкіри крупних артерій у пахвах. Ці грілки будуть зігрівати кров, яка прямує до серця, а потім кров уже сама буде розносити по тілу живильне тепло. Цей простий метод допоміг урятувати чимало людей, а також послугував основою для конструювання зігрівальних комбінезонів для полярників і пілотів.

34. Чому людина у спеку стає червоною, а коли холодно — блідою?

Відповідь. При підвищенні температури навколишнього середовища більш ніж 25 °С нервові закінчення шкіри, які сприймають тепловий подразник, збуджуються, що приводить до розширення кровоносних судин, збільшення приливу крові до поверхні шкіри — шкіра червоніє. Коли температура тіла знижується, зменшується відтік тепла від внутрішніх органів у навколишнє середовище за рахунок звуження кровоносних судин — зменшення приливу крові до зовнішнього покриву шкіри — шкіра блідніє.

35. Скільки теплоти витрачається на випаровування 12 кг поту, який організм людини виділяє за добу під час важкої фізичної роботи, якщо відомо, що на випаровування 1 г поту витрачається 2,4 х 103 Дж?

Відповідь. Випаровування — це явище переходу молекул із рідкого стану в газоподібний (пар). Випаровування поту під час важкої фізичної праці забезпечує збереження постійної температури тіла. Кількість енергії, необхідна для перетворення в пар 1 кг рідини без зміни температури, називається питомою теплотою пароутворення.

Об.числення кількості теплоти виконують за формулою:

Q = і х т.

де і — питома теплота пароутворення, т — маса.

0 = 2,4* 103 Дж/г х 12 000 г* 29 х 106Дж.

Отже, за добу людина витрачає ® 29 х Ю6 Дж теплоти.

36. Розрахуйте, яка маса АТФ синтезується за добу в організмі дорослої людини з раціоном харчування 12 000 кДж.

Відповідь.

М(АТф)= 504 г/моль.

На утворення АТФ витрачається половина енергії хімічних зв’язків речовин, що надходять (у даному випадку 6 000 кДж), решта енергії перетворюється в теплову: х моль — 6 000 кДж.

АДФ + Н3Р04 = АТФ + Н20 - С>.

1 моль —40 кДж

х моль _ 6 000 кДж .

1 моль 40 кДж ’

х = 6 000 кДж х 1 моль / 40 кДж = 150 моль.

Знаходимо масу т(АТФ) = М(АТф) х х,

де х — кількість молей речовини.

Щатф) = 504 г/моль х 150 моль = 75 кг.

Отже, за добу в організмі людини утворюється 75 кг АТФ.

37. Видиме випромінювання — світло, одне з основних факторів зовнішнього середовища, яке супроводжує людину впродовж її життя. До яких променів чутливе око людини? Поясніть роль видимих променів у природі й життєдіяльності людини.

Відповідь. До видимого випромінювання належать промені з довжиною хвилі 400—760 нм. У цьому діапазоні хвиль випромінювання певної довжини (монохроматичне світло) викликає кольорове відчуття. Чутливість очей до різного монохроматичного світла неоднакова. Око людини найбільш чутливе до видимого випромінювання з довжиною хвилі 555 нм (жовто-зелене світло). Взявши чутливість ока до цих променів за одиницю, визначають чутливість до інших монохроматичних променів і складають так звану криву відносної видимості.

Світло має значну біологічну дію, йому належить основна роль у регуляції життєво важливих функцій організму. Видиме випромінювання — складова частина радіаційного клімату й адекватний подразник зорового аналізатора, через який надходить до 90 % інформації про навколишній світ.

Природне джерело світла — Сонце, температура поверхні якого приблизно дорівнює 6 000 °С. Інтегральне випромінювання Сонця надходить до верхньої межі атмосфери, характеризується сонячною сталою. Це та кількість променевої енергії, що проходить за хвилину через ділянку 1 см2, перпендикулярно сонячним променям при серед-ній відстані між Землею і Сонцем близько 150 млн км. Розрізняють теплову сонячну сталу, що становить 1,895 кал/см2-хв (біля 1317 Вт/м2), і світлову сонячну сталу, що становить 137 000 лк. На поверхні Землі вказані одиниці вимірювання сонячного світла дещо менші і визначаються астрономічними факторами (обертання Землі навколо своєї осі і відхилення від Сонця) й оптичними властивостями атмосфери, через яку проходить сонячне випромінювання.

Для видимого випромінювання характерні такі показники: світловий потік (люмени), сила світла (кандели) й освітленість (люкси). Кандела з квадратного метра (кд/м2) є показником яскравості. Яскравість — це величина, що безпосередньо сприймається оком. Також яскравість об’єкта сприйняття залежить від освітленості і його здатності до відбиття. При сталості освітленості яскравість фону або предмета тим більша, чим більша його здатність до відбиття. Здатність до віддзеркалювання оточуючих нас предметів неоднакова. Ось чому при постійності сонячного освітлення людина може сприймати різноманіття відтінків навколишнього світу. Якби око реагувало не на яскравість, а на освітленість предметів, навколишній світ втратив би своє забарвлення і здавався б однотонним (сірим, червоним тощо), а предмети могли би бути впізнані лише на дотик.

38. Відомо, що біологічна роль зорового аналізатора полягає не лише в здатності реагувати на випромінювання певного діапазону довжини хвиль (сприйняття світла), а й у сприйнятті об’єктів (предметів) навколишнього світу. Які механізми здійснення зорового процесу в людини?

Відповідь. Зоровий процес здійснюється завдяки рецепторам сітківки — паличкам і колбочкам. Чутливий апарат паличок функціонує при недостатній освітленості (темряві), коли можлива лише загальна зорова орієнтація в просторі. При високій яскравості поля адаптації основна роль у сприйнятті світу й розпізнаванні кольорів належить колбочкам, розміщеним у центральній частині сітківки. В разі дії світлового потоку на сітківку, в ній відбуваються складні фотохімічні, ретиномоторні й електричні зміни. Фотохімічні процеси відбуваються повільно і полягають у тому, що зоровий пурпур (родопсин), розташований у зовнішніх члениках паличок, руйнується під дією світла і відновлюється у темряві. Зоровий аналізатор має здатність змінювати свою чутливість до світла, тобто адаптуватися до нього. Так, у темряві чутливість ока підвищується (адаптація до темряви), а при високій яскравості знижується (адаптація до світла). Для ока існує оптимальна для зорової роботи зона яскравості. В оптимальній зоні яскравості (50—1 500 кд/м2) око може переводити погляд з однієї малої яскравості (наприклад, 50 кд/м2) на іншу, досить високу (1 500 кд/м2), без включення адаптаційних фотохімічних процесів. Адаптація ж відбувається за рахунок швидкої зміни розміру зіниці, тобто за рахунок адаптаційного механізму, при цьому чутливість сітківки не змінюється. Це пояснюється тим, що при зміні розміру зіниці на сітківку падає стала (біологічна константа) оптимальна кількість світла. Саме стала оптимальна освітленість сітківки характеризує оптимальність рівня яскравості робочої поверхні.

Окрім світлосприймальної функції, сітківка виконує роль рецептивного поля, в якому відбувається розрізнення і первинне кодування сприйнятої інформації, що надходить у відповідні відділи ЦНС для остаточного аналізу.

Зменшення розміру зіниці сприяє не лише регуляції світла, що падає на сітківку (так звана пупіломоторна адаптація), а й посиленню оптичної сили ока, тобто збільшенню гостроти зору. При звуженні зіниці задіяна тільки центральна зона кришталика, при цьому збільшується довжина (глибина) фокусної відстані, що полегшує розгляд близьких предметів без мобілізації акомодації (феномен камери обскура).

Зміна кривизни кришталика — акомодаційний рефлекс — реакція, що виникає при низьких рівнях яскравості і сприяє, як і малий розмір зіниці, посиленню оптичної сили ока, тобто отриманню чіткого зображення на сітківці предметів, розташованих на близькій відстані.

39. Скляна частина герметичного шолому скафандра, призначеного для перебування у відкритому космосі, покрита тонким шаром чистого золота. Для чого?

Відповідь. Шар золота відбиває яскраві сонячні промені й цим захищає очі людини від осліплення.

40. Г. Велс описав людину-невидимку, яка стала невидимою завдяки тому, що тканини її тіла не заломлювали і не поглинали промені світла. В оповіданні людина-невидимка нічим, крім невидимості, не відрізнялася від інших людей. Чи насправді це так? Які небажані ефекти можуть приховуватися у феномені невидимості? Які тканини тіла мають заломлювати і поглинати промені світла, щоб виконувати свою функцію? Відповідь. Людина-невидимка, описана Велсом, має бути абсолютно сліпою. Кришталик не заломлює променів світла, і таким чином збереження предметів не фокусується на сітківці ока. Сітківка не поглинає променів світла і тому ніякого зображення на ній не буде. Крім того, у людини-невидимки швидко розвинеться дефіцит вітаміну Б, оскільки він синтезується у шкірі під впливом сонячних променів.

41. У 20-ті рр. XX ст. серед шахтарів досить поширеним було професійне захворювання — вуглекопний ністагм. Кількість хворих на цю хворобу серед забійників була більшою, ніж серед відкатчиків. Як ви думаєте, чому?

Відповідь. Вуглекопний ністагм — це захворювання, пов’язане з тривалим перебуванням у гомогенному зоровому середовищі. Воно призводило до зниження гостроти зору, супроводжувалося головними болями, нудотою та блюванням. Кількість хворих серед забійників набагато більша тому, що вони, працюючи з дрібним вугіллям, багато часу перебували в більш гомогенному середовищі. Для боротьби із цією хворобою вугілля посипали вапном, і таким чином видиме середовище ставало менш одноманітним.

42. Резонанс відіграс велику роль у роботі органів слуху. Серед фізичних явищ розрізняють з ітухаючі й вимушені коливання. Так, до вимушених коливань належать і коливання в органах слуху (барабанна перетинка, завитка). Чим пояснюється здатність людини сприймати різні звуки?

Відповідь. Основна мембрана, натягнута вздовж завитки (внутрішнього вуха), складається з еластичних волоконець, загальна кількість яких сягає майже 24 тис. Біля основи завитки ці волоконця короткі (0,04 мм), тонкі й натягнуті, а біля вершини — довгі (до 0,5 мм), товсті й менш натягнуті. Потрапивши у вухо, звукові хвилі викликають вимушені коливання рідини, яка заповнює внутрішнє вухо, і внаслідок явища резонансу — дрижання волоконець певної довжини. Чим вищий звук, тим сильніше резонують коротші волоконця; чим сильніший звук, тим більша амплітуда коливань волоконець. Саме цим і пояснюється здатність людини сприймати різні звуки.

43. Улітку 1932 р. група радянських учених проводила запуски метеорологічних куль-зондів із палуби криголаму «Таймир». Якось один зі співробітників випадково торкнувся обличчям гумової оболонки кулі й відчув нестерпний біль у вухах. Що спричинило цей біль? Відповідь. Припускають, що наповнена воднем оболонка кулі послугувала резонатором, який підсилює інфразвукові коливання частотою 6—12 Гц, викликані штормом. Пізніше цей факт було використано для створення інфразвукового приладу, який показує наближення буревію.

44. Доведено, що людина здатна розрізняти напрямки звуку. Чим це можна пояснити?

Відповідь. Це пояснюється тим, що, якщо джерело звуку розміщено збоку, то звук надходить до обох вух неодночасно. У цьому випадку подразнення рецепторів одного вуха відбувається раніше, ніж іншого. Людина може визначити напрямок звуку з точністю до 2—3°.

45. Чи можуть надмірні дози інфразвуків та шумів шкідливо впливати на організм людини? Поясніть, якими параметрами визначається вплив шуму. Для відповіді викор істайте дані таблиці.

Відповідь. Зазвичай для позна1 ення того, що ми чуємо, використовують два близькі по суті поняття: «звук» і «шум». Звук — це фізичне явище, яке викликане коливальними рухами часток середовища. Шум являє собою хаотичне, незлагоджене змішання звуків, які в більшості випадків негативно діють на нервову систему. Вплив шуму на людину визначається його рівнем (гучністю, інтенсивністю) і висотою складових його звуків, а також тривалістю впливу.

Так, звуки-шуми певного діапазону (2—3 кГц) і потужності шкідливі для людини. Постійний шум є побічною причиною розладу нервової системи людини, погіршення чи втрати слуху. Сильний неочіку-ваний шум може спричинити у дітей глухоту чи заїкання.

За висновками проведених досліджень скандинавські вчені констатують такий факт: кожний п’ятий підліток погано чує, хоча й не завжди догадується про це.

У діапазоні, у якому людина чує звуки, найбільш несприятливий вплив здійснює шум, у спектрі якого переважають високі частоти (вище 800 Гц). Звуки наднизьких частот (інфразвукн), які ми навіть і не чуємо, також небезпечні для організму людини. Частота у 6 Гц може викликати відчуття втоми, тугу, морську хворобу; при частоті у 7 Гц може навіть наступити смерть від раптової зупинки серця. Доведено, що потрапляючи в природний резонанс роботи якого-небудь органа, інфразвуки можуть зруйнувати його (наприклад, частота у 5 Гц руйнує печінку). Таблиця

Рівні шумів від різних джерел і реакція організму на акустичні впливи

Джерело шуму, приміщення	Рівень шуму, дБ	Реакція організму на тривалий акустичний вплив
Шелест листя, прибій	20	Заспокоює
Середній шум у квартирі, класі	40	Гігієнічні норми
Шум всередині	60	З’являється почуття
приміщення поруч		роздратованості, втома, головний
з магістраллю.		біль
Телевізор.	70
Потяг метро.	80
Людина, яка кричить.	80
Мотоцикл	90
Реактивний літак (на	95	Поступове послаблення слуху,
висоті 300 м).		нервово-психічнии стрес
Цех текстильної фабрики	100	(пригнічення, збудливість, агресивність), виразкова хвороба, гіпертонія
Плеєр.	114	Виникає звукове сп’яніння,
Ткацький станок.	120	подібне до алкогольного;
Відбійний молоток.	120	порушується сон, руйнується
Реактивний двигун (під час	140—150	психіка, може розвинутися
підйому на відстані 25 м).		глухота
Шум на дискотеці	175