Чтобы человек мог существовать при разной температуре окружающей среды
Задание:
Для того, чтобы человек мог существовать при температуре окружающей среды +40 градусов цельсия внутренние регуляторные механизмы жизнедеятельности организма человека действуют так, что…
Варианты:
1) между человеческим организмом и окружающей средой при любой температуре поддерживается тепловое равновесие.
2) при более высокой температуре окружающей среды увеличивается теплоотдача от организма человека, а при более низкой – уменьшается.
3) при более высокой температуре окружающей среды уменьшается теплоотдача от организма человека, а при более низкой – увеличивается.
4) уровень теплоотдачи от организма поддерживается постоянным независимо от температуры окружающей среды.
Ваши варианты ответа, пожалуйста.
Я бы выбрала 2-ой вариант, как биолог, а не как физик.)
При повышении температуры человек потеет и через пот охлаждается. Тем самым совершается теплоотдача.
Ты бы получила балл за этот вопрос. Однако, вот тебе другой биологический вопрос: когда организм человека больше производит тепла: в жару или в холод? То есть когда обменные процессы идут активнее?
Производство тепла организмом человека и теплоотдача – разные вещи. Кстати как и активность обменных процессов и производство тепла не одно и то же.
“Производство тепла организмом человека и теплоотдача – разные вещи” Ты уверена? Предположим, организм человека производит 100 Вт тепла, а отдаёт(теплоотдача) 99Вт. Примерная теплоёмкость человеческого тела 4200 Дж/кгК. Согласно закону сохранения энергии, получаем, что тело человека будет нагреваться на (100-99)/(4200*50)=0,0000047 градусов в секунду. Или 0,017 градусов в час.Менее чем через две недели в таком режиме человек умрёт от того, что белки будут сворачиваться от высокой температуры. Тогда тепловой баланс, наконец, будет восстановлен
“Кстати как и активность обменных процессов и производство тепла не одно и то же” Согласен, однако согласно 2-му закону термодинамики, любые обменные процессы будут сопровождаться повышением энтропии (ds=dQ/T>0 => dQ>0), а значит и выделением тепла. Поэтому выделение тепла находится в зависимости от активности обменных процессов.
Всё ещё настаиваешь на 2-м варианте?
Да, уверена. Это бесполезный спор. Так как может если человека рассматривать как печку (физическое приближение), то твои расчеты верны. Но человек более сложная система с ОЧЕНЬ сложной системой терморегуляции и здесь все физическими формулами не объяснишь. к примеру https://www.spruce.ru/symptoms/febris/02.html.
Многие реакции в организме человека с затратой энергии – эндотеримические. При этом, к примеру,образуются различные белки. То есть организованность растет, энтропия уменьшается.Законы физики и математики здесь напрямую неприменимы. Если считать, что создание нужной конформации белка – вероятностные процесс,а число возможных конформаций, которые может формировать белок, настолько велико, то время, которое понадобилось бы для поиска нативной структуры методом прямого перебора, на много порядков превышает возраст вселенной, в то время как в природе процесс укладки происходит за времена в интервале микросекунд- секунд.
Думаю все же, что этот вопрос можно отнести к ляпам, так как он больше биологический, а не фзический.
Анекдот в тему:
Перед учеными поставили задачу: предсказать исход скачек, всем желающим принять участие в проекте выдали по $100 тыс. Результаты:
Биолог: — Я провел всесторонний анализ анатомии лошадей, нужно замерить вес, рост, объем мышц, объем легких, длину хвоста и цвет глаз у каждой лошади, и по моим таблицам определить, какая из них добежит первой.
Матстатистик: — Я собрал данные о забегах, начиная со 16-го века на всех ипподромах мира и теперь по дате забега и погоде могу предсказать, какая лошадь выиграет.
Физик-теоретик: — А можно выделить еще $200 тыс. для окончания исследований?
— Ну вы хоть что-нибудь уже сделали?
— Конечно, построил модель для шарообразной лошади в вакууме.
“Многие реакции в организме человека с затратой энергии – эндотеримические. При этом, к примеру,образуются различные белки. То есть организованность растет, энтропия уменьшается” Энтропия в замкнутой системе не может уменьшиться. Если энтропия уменьшается, значит из системы отводится тепло. То есть эндотермическая реакция возможна лишь потому, что человек излучает тепло в окружающую среду ровно столько, сколько вырабатывает. И ещё любой процесс в замкнутой системе приводит к увеличению энтропии, если не отводить тепло. Поэтому тепло необходимо отводить пропорционально активности обменных процессов. Иначе – болезнь и смерть.
Это вполне физический вопрос ибо биологи зациклены на отдельных реакциях и не способны воспринимать организм в целом.
“терморегуляции и здесь все физическими формулами не объяснишь. к примеру https://www.spruce.ru/symptoms/febris/02.html”. Как раз всё именно физическими формулами и объясняется. Излучение кожей тепла пропорциональна разности температур между кожей человека и окружающей средой. Чтобы поддерживать постоянную теплоотдачу. Необходимо в холод понизить температуру кожи (сузить сосуды), а в жару – повысить – расширить сосуды, также в жару используется вполне физический принцип при котором испаряющаяся жидкость охлаждает поверхность. И всё это только для того, чтобы теплоотдача была постоянной. Ах да, в холод человек начинает дрожать, то есть мышцы химическую энергию преобразуют через механическую в тепловую, а значит, в холод теплоотдача выше. Следовательно, наиболее правильным ответом будет третий.
“ибо биологи зациклены на отдельных реакциях и не способны воспринимать организм в целом.”
Откуда такая информация? Существуют разные направления в биологии. Кто-то занимается оранизмами в целом, а кто-то отдельными реакциями, а кто-то вообще целыми сообществами организмов.
Я склоняюсь к мнению, что и я и ты правы, но по-своему.
Все-таки видимо прийдется разграничить два понятия. Мы (физики и биологи) по разному понимаем определение теплоотдачи.
Теплоотдача для биолога (теплоотдача в физиологии) – переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую среду.
Теплоотдача в технике – теплообмен между поверхностью твёрдого тела и соприкасающейся с ней средой — теплоносителем (жидкостью, газом и т. д.).
Итак, если бы человек был неживым предметом, то твои рассуждения верны. Температура тела человека должна остваться на одном и том же уровне. При снижении температуры, разница между телом и окруж средой возрастает и теплоотдача (физическая) увеличивается. Это правильно. Но! У организма ссущесвтвует внутренний способ регуляции теплоотдачи (биологической). Он сужает сосуды близкие к поверхности тела и тем самым снижает уровень теплопотерь. Получается, что снижается температура поверхности тела. Уменьшается разница между телом и окружающей средой, уменьшается теплоотдача. То есть организм отдает меньше тепла, чем если бы был в таком же состоянии, как при норм. температуре. То есть теплоотдача организма уменьшается.
“Теплоотдача для биолога (теплоотдача в физиологии) – переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую среду.
Теплоотдача в технике – теплообмен между поверхностью твёрдого тела и соприкасающейся с ней средой — теплоносителем (жидкостью, газом и т. д.).” Одно и то же разными словами. Процессы жизнедеятельности вырабатывают теплоту Q. Она вся через поверхность тела (Ну часть через выделения), выходит наружу.
” Уменьшается разница между телом и окружающей средой, уменьшается теплоотдача”. Ты сама подтверждаешь правильность моей мысли при более высокой температуре разница меньше – теплоотдача меньше, при более низкой – разница больше и теплоотдача больше. Как бы организм не сопротивлялся это факт ибо изменять температуру кожи можно лишь в очень ограниченных пределах. Иначе – ожог или обморожение.
Повторюсь:
“То есть организм отдает меньше тепла, чем если бы был в таком же состоянии, как при норм. температуре. То есть теплоотдача организма уменьшается.” попробую разьяснить. Относительно первоначального состояния организма (при норм. температуре), теплоотдача организма при низкой температуре уменьшится.
и как же все-таки мы не любим идти на компромиссы…
В предыдущем посте я высказала и твой вариант и свой вариант и доказала, что они оба имеют право на существование. Дальше спор бесполезен.
Ты сам же доказываешь, что физики любят использовать упрощенные модели. В твоем случае это рассуждения типа: если температуру кожи можно менять в небольших пределах, то этим можно пренебречь. Но это не применимо, нельзя пренебрегать биологической терморегуляцией! В этом-то вся и суть вопроса, иначе бы спросили про неодушевленный предмет. Человек сдохнет тогда уже при +40. А что нам дано в условии задачи.
А я-то думала, зачем в условиях задачи дана конкретная температура. Теперь понимаю, что как раз для физиков, так как мыслим мы по-разному.
Ладно, я понял: для тебя компромисс важнее истины.
Нет, в этом и заключается истина. Этот вопрос имеет два возможных ответа.
Да, он имеет четыре возможных ответа (я ещё десяток могу придумать) и один из них верный.
ну вы и замудрили..) я конечно не физик и не биолог, но:
чем холоднее кожные покровы (сужение пор и капиляров) тем меньше теплоотдача и наоборот.
#5 организм может вырабатывать и меньше чем отдавать – будет остывать.
#9 при испарении отрывающиеся молекулы воды уносят энергию, чем больше испаряется, тем больше выделится тепла, разве не так.
то, что человек начинает дрожать на прямую не связано с теплоотдачей, теплоотдача ведь через кожу, а не через мышцы, “значит” там вряд ли уместно. заставляют дрожать мышцы (скорее всего) нервные импульсы.
#9 “И всё это только для того, чтобы теплоотдача была постоянной.”
а тут вы говорите о 4 варианте
Это мне напоминает задачку “Лось вышел на берег озера и заметил падающую по параболической траектории ветку…”
А как ей ещё падать?)))))
Источник
Резкая перемена погоды влияет не только на физическое здоровье, но и ментальное
Совсем недавно нижегородцы пережили настоящие зимние морозы, когда столбик термометра показывал 20 градусов, а в северных районах области – все минус 30. А уже через несколько дней за окном потеплело до нуля. От резких перепадов температуры многие мучаются головными болями, бессонницей, нарушением сердечного ритма. И это ещё не все неприятные симптомы, которым приходится терпеть метеозависимым жителям.
Как же резкие перепады температуры влияют на наше здоровье?
Всё ниже и ниже
Похолодание вызывает спазм кровеносных сосудов. Но когда оно происходит медленно, организм успевает приспособиться, а вот из-за резкого снижения температуры воздуха у многих начинает болеть сердце и голова. Особенно опасно резкое похолодание для сердечников, поскольку может обернуться гипертоническим кризом или приступом стенокардии. Нелегко приходится и больным с бронхо-легочными заболеваниями. У них усиливаются кашель, одышка и появляется синюшность кожи.
У людей, страдающих ревматизмом, остеоартрозом, ревматоидным артритом, начинает «крутить» суставы и мышцы, ноют места старых переломов или ранений. На резкое похолодание реагируют даже люди с заболеваниями желудочно-кишечного тракта. У них появляются или обостряются диспепсические явления (диарея, газы и другие расстройства кишечника или желудка), ухудшается общее самочувствие. Также начинают «ныть» почки у больных пиелонефритом.
Страдающие заболеванием щитовидной железы начинают постоянно мерзнуть. У людей с пониженным иммунитетом и физическим истощением (например, после тяжелой болезни или операции) холод может вызвать упадок сил, повышение температуры. Также похолодание способствует развитию депрессии.
Даже у здоровых людей во время резкого похолодания может появиться «гусиная» кожа, мышечная дрожь и повышение напряжения мышц, а также так называемый холодовый диурез (то есть потребность часто бегать в туалет).
Похолодание может спровоцировать развитие депрессии/ фото pixabay.com
Тёпленькая пришла
Резкое потепление также плохо влияет на сердечников. У них учащается сердцебиение, случаются обмороки и сердечные приступы. У некоторых усиливается потоотделение, а вместе с ним из организма уходят вода и особенно важные для сердца соли калия и магния и витамины. Наряду с сердечниками страдают и люди с повышенной функцией щитовидной железы, у которых и без того учащенное сердцебиение и сильная потливость.
К тому же при резком изменении погоды возникают вспышки острых респираторных и инфекционных заболеваний. А интенсивное потепление провоцирует эпидемию гриппа.
По мнению специалистов, самая комфортная перемена погоды – когда от нулевых отметок столбик термометра движется к минусовым. Хуже – наоборот: переход от приличных морозов к резкой оттепели и слякоти. Именно во время резкого потепления возможны самые жестокие приступы головных болей, вялость, сонливость. Врачам приходится принимать больше пациентов с гипертоническими кризами, обострением лёгочных заболеваний. Более чувствительны к изменениям погоды люди после 40 и особенно после 50 лет, когда артериальное давление становится неустойчивым.
Резкое повышение температуры воздуха плохо влияет на людей с заболеваниями сердца/ фото pixabay.com
Ветер перемен
Скачки атмосферного давления тоже не проходят бесследно для нашего здоровья. Оно воздействует на сосуды и суставы. А это провоцирует обострение сердечно-сосудистых заболеваний.
Сильный ветер может спровоцировать приступы стенокардии. А если вы во время сильного ветра будете ходить без шапки, то ваше безрассудство может привести к нервным болезням. Дело в том, что сильный ветер раздражает рецепторы открытых участков кожи, отсюда возбужденное состояние.
Также сильный ветер может вызвать бессонницу или неосознанное беспокойство. Неблагоприятное воздействие оказывают и туманы. Они способствуют сохранению в воздухе всякого рода загрязнений, а кроме того, «задерживают» те немногочисленные солнечные лучи, которые необходимы для организма.
Влажность воздуха влияет на тепловой обмен организма и на потоотделение. При этом «человек-барометр» начинает сильно мерзнуть.
Высокая влажность усугубляет гипертоническую болезнь и атеросклероз. Из-за низкой влажности пересыхает гортань и носоглотка. А повышенная влажность вызывает обострение кожных заболеваний.
Перемена погоды и сильный ветер могут вызвать бессонницу или неосознанное беспокойство/ Фото shutterstock.com
Что делать?
Если ваше самочувствие и настроение сильно зависят от погоды, то вам нужно тщательнее заботиться о своем здоровье. В холод одевайтесь потеплее, принимайте лекарства-адаптогены (настойки элеутерококка, родиолы розовой, лимонника). Включите в свой рацион травяные чаи, отвар шиповника, ешьте побольше овощей и фруктов и обязательно принимайте витаминные комплексы с микроэлементами.
Прежде всего, надо обязательно иметь под рукой привычный набор препаратов, которые вам прописывал врач. И накануне аномального изменения погоды – будь то скачок температуры, влажности, давления или предстоящие геомагнитные бури – принять половинную дозу лекарства, которая полагается при повышении давления, приступе бронхиальной астмы или обострении другого лёгочного заболевания, которым вы страдаете. А ещё лучше начать такую профилактику за 2-3 дня до изменения погоды.
Невзирая на погоду больше двигайтесь – это усиливает энергообмен и нормализует кровообращение. Больше ходите пешком. Займитесь каким-нибудь видом спорта, лучше всего бегом или плаванием. Это отличная тренировка для сердечно-сосудистой системы. Но не нагружайте себя ни физической, ни умственной работой. Всё должно быть в меру.
Больше отдыхайте, увеличьте время сна. Обычно в дни погодных аномалий сон тоже нарушается – человек чаще просыпается ночью, утром чувствует себя невыспавшимся и разбитым. Чтобы не допускать этого, можно за несколько дней начать пить мелатонин. Принимать его лучше за полчаса до обычного времени отхода ко сну. К примеру, если вы ложитесь спать в 23 часа, мелатонин нужно принять в 22.30. По возможности стоит уменьшить физические нагрузки. И попробовать избежать лишних волнений. Организм и так испытывает повышенные нагрузки. Зачем их усугублять?
В период резких изменений в погоде больше отдыхайте, иначе организм не сможет восстановиться. А это чревато утомлением, преждевременным старением, болезнями и сокращением жизни.
…Вообще, не стоит сразу пугаться, услышав неблагоприятный прогноз погоды. Большая часть метеопатов – тревожные и мнительные люди, которые доводят себя до изнеможения сами: ведь если ждать плохого самочувствия, оно непременно случится.
Советы гипертоникам
Можно принять четверть таблетки аспирина, так как он разжижает кровь и защищает от образования тромбов. Утром и вечером желательно пить успокоительные настойки пустырника, валерианы или пиона. В холодную, ветреную погоду перед выходом на улицу надо постоять некоторое время в подъезде, иначе резкий перепад температур может вызвать спазм сосудов.
Советы гипотоникам
Начинайте день с зарядки, это активизирует кровообращение. Чтобы тонизировать свой организм, обливайтесь прохладной водой, а на завтрак пейте крепкий чай или кофе. Обязательно носите с собой горький шоколад и изредка ешьте его по паре долек. Помогает хорошему самочувствию 20 капель раствора элеутерококка (пить его нужно только утром, иначе ночью не сможете заснуть). Хорошие результаты дает проводимый раз в полгода массаж.
Источник
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник