Человек как промышленная лаборатория

Идея создания вечного двигателя интересовала человечество с древнейших времён. В истории есть немало свидетельств того, что многие ученые пытались создать вечный двигатель, и сохранилось огромное количество чертежей якобы рабочих двигателей.

Так что же такое вечный двигатель, возможно ли его создание и нужен ли человечеству? И где возможно его применение?

Существует два определения того, что можно назвать вечным двигателем:

1. Воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Это противоречит закону сохранения и превращения энергии, и поэтому данная идея неосуществима.

2. Воображаемая тепловая машина, которая в результате совершения кругового процесса (цикла) полностью преобразует теплоту, получаемую от какого-либо одного <<неисчерпаемого>> источника (океана, атмосферы и т. п. ), в работу. Это не противоречит закону сохранения и превращения энергии, но нарушает второе начало термодинамики, и поэтому такой двигатель неосуществим.

Возможно, это основано на том, что человечество за всю историю своего развития не изучило еще всех явлений, в связи с этим можно предположить, что есть какие-то другие, особые законы, которых мы не знаем, следовательно, не можем использовать.

В 1927 году Fritz Kahn на плакате <<Человек как промышленная лаборатория>> представил организм человека в виде сложной машины. M. Ledere продолжил работу и анимировал этот плакат. И появилась идея создания машины, подобной организму человека, которая может стать заменой вечному двигателю. С тех пор прошло время, но воплотить идею пока не получилось.

Действительно, живой организм настолько технологически сложная машина, что в ближайшем времени человеку вряд ли удастся её скопировать. Эта <<портативная>> машина производит единовременно миллионы операций по преобразованию неорганических и органических веществ, поступающих из окружающей среды, в энергию и строительный материал, из которого собираются органеллы, клетки, ткани и органы. Миллионы нервных клеток постоянно получают огромное количество информации от органов чувств и внутренних органов, проделывают невидимую аналитическую работу и рассылают необходимые точные <<инструкции>> всем органам и частям тела человека

Человек представляет из себя сложную биологическую машину, которая работает, как и все во Вселенной, согласно законам физики. Процессы, происходящие в живой природе, намного сложнее процессов в неживой природе, поэтому когда мы будем рассматривать человека как биологическую машину, модели будут крайне упрощенны.

Органические правила, которыми следует телесный аппарат движения, называются, в применении их к орудию и машине, <<механическими законами>>. Это выражение требует известной осторожности; вырастающий и расчленяющий изнутри организма организм есть создание полноты своих собственных сил; механизм, составленный извне, есть <<дело>> человеческой руки. Организм, как и весь мир, есть природа, вечно становящееся; механизм - готовое и сделанное; там- развитие и жизнь, здесь- конструкция и безжизненность.

Коренная связь естественных органов с механическими подражательными формами характерно выражается в терминах так называемых основных законов механики. Содержанием механики является, как известно, учение о равновесии или о движении тел. Непосредственное перенесение её кинематической стороны, как учение о механизмах движения, на движения органического тела, разумеется, неправильно, но в качестве необходимого вспомогательного приема, оно прилагается для объяснения органических движений. Физиологические факты всегда оставляют некоторый плюс, который не растворяется в чисто механических законах.

Механические функции и органические образования

Связь между механической функцией и данным органическим образованием строго предопределена. Так узнают себя в друг в друге лупа и глаз, дрожащая струна и ухо, насос и сердце, труба и горло, тупой наконечник имеет свой прообраз в кулаке, остри ё - в ногтях пальцев и прежних зубах, простой ряд зубов не трудно узнать в пиле, искривленный палец становится мотыгой, собранная в горсть рука- чашей.

Закон рычага и движение человеческого тела

Движение играет огромную роль в жизни всех живых существ, В том числе и человека. Активные перемещения в пространство является основным отличием животных от растений. Движение служит одной из главных приспособительных реакций животного к окружающей среде, оно осуществляется двигательным аппаратом.

Двигательный аппарат человека состоит из костей, соединений между ними и мышц. Движения происходят в местах соединения костей. Мышечная ткань, основным свойством которой является способность сокращатся, приводит в движение костные рычаги. Кости и их соединения относятся к пассивной части двигательного аппарата, а мышцы - к его активной части.

Опорные системы, как правило, обеспечивают характерню форму тела, а она в свою очередь обусловлена определенными потребностями организма.

В суставах различают следующие движения: сгибание, разгибание, отведение (наружу), приведение (внутрь), вращение или ротация (поворот внутрь и наружу). Поворот внутрь называют еще пронацией, поворот наружу - супинацией. В некоторых суставах (например, в плечевом, тазобедренном, лучезапястном) возможны еще круговые движения.

Движения человека осуществляются по законам рычагов. Подробнее рассмотрим закон рычага с точки зрения физики.

Закон рычага был сформулирован Архимедом (Ἀρχιμήδης; 287 до н. э.(-287) - 212 до н. э. ) - древнегреческий математик, физик, механик и инженер из Сиракуз. Сделал множество открытий в геометрии. Заложил основы механики, гидростатики, автор ряда важных изобретений.

Закон рычага

Правило равновесия рычага:

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило можно записать в виде формулы:

F1/F2=l2/l1

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

Закон рычага, принимаемый при различных движениях в суставах

Рычаги - это отдельные костные звенья человеческого тела, например кости плеча, предплечий, бедренные кости, кости голеней, стоп, головы, позвоночника. На каждое костное звено обычно действуют две силы: мышечная и сила тяжести данного костного звена. В зависимости от места приложения сил по отношению к точке опоры рычага или оси вращения различают <<рычаги равновесия>>, <<рычаги скорости>> и <<рычаги силы>>.

Р ы ч а г I р о д а - <<рычаг равновесия>>, у которого силы расположены по обе стороны от точки опоры (оси вращения) и направлены в одну сторону. Плечом рычага считают перпендикуляр, опущенный из точки опоры рычага (оси вращения) на направление мышечной силы или тяжести; плечо рычага соответствует расстоянию от точки опоры рычага до точки приложения сил.

По закону рычага I рода происходят движения головы, позвоночника. При асимметричном изменении мышечной силы, силы тяжести костного звена возникает нарушение равновесия рычага, и это клинически проявляется нарушением осанки.

Когда сгибают, наклоняют, поворачивают голову, туловище, происходит выведение рычага из состояния равновесия. Момент вращения одной силы становится больше или меньше-момента вращения другой силы. Тело возвращается в состояние исходного равновесия при восстановлении первоначального равенства моментов вращения сил.

Движения конечностей происходят преимущественно по закону р ы ч а г- о в II р о д а. Рычагом II рода называется такой рычаг, у которого силы, приложенные к нему, расположены по одну сторону от точки опоры или оси вращения и направлены в разные стороны. Этот рычаг имеет две разновидности в зависимости от того, какая сила (сила тяжести или мышечная) будет расположена ближе к точке опоры (оси вращения). Если сила тяжести находится ближе к точке опоры и плечо ее рычага меньше плеча рычага мышечной силы, то такой рычаг II рода называется <<рычагом силы>>. Если мышечная сила расположена ближе к точке опоры и плечо ее рычага меньше, чем плечо рычага силы тяжести, то такой рычаг II рода называется <<рычагом скорости>>. Движение стопы во время подъема на носки - пример, движения по закону <<рычага силы>>. В этом движении точкой опоры служат головки плюсневых костей, сила тяжести тела проходит через тазобедренные суставы, кости бедра, голени, таранные кости и давит вниз, а мышцы задней поверхности голени противодействуют силе тяжести и стремятся удержать тело в состоянии равновесия при его положении стоя на носках. При этом имеет место равенство моментов вращения силы тяжести и мышечной силы.

Глаз - живой оптический аппарат

Проекция глаза и простейшие формы зрительных приборов

От конечностей телесного организма, от руки и ноги, в пределах которых вращалось до сих пор наше исследование, обратимся теперь к полуконечностям, к органам чувств, которые, служа посредниками между внешним миром вещей и внутренним миром нервов, лежат на пороге обоих. В ближайшей связи с измерением находится чувство зрения, контролю которого непосредственно подчинены мера и число. Глаз есть орган света и образец всех оптических приборов.

Относительно первой и простейшей формы зрительного прибора Фридрих фон-Гельвальд сообщает следующее: <<Постепенно вавилоняне, египтяне и греки достигли такого успеха, что по геометрическим формам, которые они представляли нарисованными на небесном своде, могли вычислять расстояние светил, а также пунктов земной поверхности друг от друга. И такого прогресса тысячелетия тому назад достигло чувственное восприятие с помощью одного только глаза да длинных трубок, с которыми прежде наблюдали звезды, как мы иногда смотрим на картины в музеях через бумажную трубочку>>.

Эти трубки были не что иное, как механическое продолжение сложенной в трубку ладони, которую всякий человек невольно приставляет к глазам, за отсутствием другого прикрытия. Но абажур руки прежде всего сам является усилением естественных прикрытий вокруг и внутри глаза. Эта труба, продолжающая согнутую руку, была примитивным телескопом, усовершенствование которого пошло дальше лишь с изобретением стекла и искусства шлифовать его.

Но уже в древности случайные наблюдения показали, что через кусочки прозрачного стекла сферической формы маленькие тела кажутся увеличенными. И. Цёльнер упоминает в своей истории физики, что Сенека знал увеличительные свойства стеклянных шаров, наполненных водою. Тонкая работа древне-греческих резчиков по камню заставляет предполагать пользование увеличительными стеклами, хотя найденные в раскопках <<чечевицы>> могли бы служить и исключительно зажигательными стеклами, так как весталки должны были зажигать потухший священный огонь только с помощью солнечного света. Араб Альгазен, в середине XI столетия, был, вероятно, первым, кто применил настоящие чечевицы из сферических сегментов в качестве увеличительных стекол. <<Их употребление ограничивалось тем, что они прямо накладывались на самый предмет - например, на буквы письма>>. Только искусство шлифовать очки привело в XIII столетии к усовершенствованию чечевиц. Всякая собирательная чечевица есть в то же время простое увеличительное стекло, и притом в удобной для руки форме - <<лупы>>. Эти первые стекла, вначале называвшиеся <<блошиными>>, служили только для веселой забавы, теперь же, в виде сложных микроскопов, сделались совершенными инструментами, которые, по выражению Г. Иегера, <<предназначены привести к завершению наше знание об органическом мире>>.

Сквозь все превращения, от простой лупы к сложнейшему микроскопу, Чечевица остается постоянной душой инструмента. Кусок стекла сферической формы, бессознательно воспроизводящий так называемый хрусталик глазного яблока, получил свое название <<чечевица>> по сходству с формой известного злака. Лишь тогда, когда зрительный орган проецировал себя в целом ряде механических приспособлений и сделал возможным, обратно, изучение своего собственного анатомического строения, могла быть разрешена его физиологическая загадка. С инструмента, бессознательно оборудованного по образцу органического орудия зрения, человек уже сознательно перенес его имя на подлинный очаг преломления световых лучей в глазу, на <<хрусталик-чечевицу>>. То же самое относится и к подзорным трубам. Они были изобретены миддельбургским шлифовальщиком очков - Гансом Липперсгеймом и преобразованы Гершелем в гигантские телескопы.

И в них главной составной частью является чечевица, которая, при всех различиях формы и состава, всегда остается одинаковой по отношению к преломлению света. Как название <<чечевица>>, так и вся вообще анатомическая и физиологическая номенклатура показывает, что она состоит главным образом из имен, заимствованных от предметов, которые находятся вне организма, а особенно от таких, которые относятся к области проекции. Как иначе можно было бы объяснить, что конструкция глаза <<вполне аналогична>> камере-обскуре. Более подробнее рассмотрим такое устройство, как камера - обскура.

Камера - обскура

Камера-обскура (лат. сamera obscura <<тёмная комната>>) - простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.

Лучи света, проходя сквозь отверстие диаметром приблизительно 0,5-5 мм, создают перевёрнутое изображение на экране. На основе камеры-обскуры были сделаны некоторые фотокамеры.

Пинхол, стеноп (от фр. Sténopé) - фотографический аппарат без объектива, роль которого выполняет малое отверстие.

Принцип работы пинхола парадоксально прост и основан на законе прямолинейного распространения света. Лучи света, отраженные от объекта съемки, проходят через крохотное отверстие в стенке камеры и создают перевернутое изображение на чувствительном к свету носителе. В качестве носителя могут выступать обыкновенная фотопленка, фотобумага и даже цифровая матрица. Чем меньше размер отверстия, тем резче будет полученное изображение (размер отверстия фактически соответствует размеру пятна нерезкости на носителе). Однако при слишком маленьких отверстиях свет, согласно законам дифракции, будет огибать отверстие, и резкость снова понизится. Оптимальный размер отверстия, в зависимости от размеров носителя - от миллиметра до нескольких десятков микрон. Исторически отверстие проделывалось тонкой иглой в металлической фольге (отсюда и название камеры: <> - острие, <> - отверстие). В современных пинхолах отверстие обычно прожигается лазером, что позволяет точно контролировать диаметр и получать абсолютно ровные края.

Свет, распространяясь прямолинейно во всех направлениях от отверстия, дает изображение, одинаково сфокусированное в любой точке пространства. Поэтому для пинхола формально не существует фокусного расстояния - фотографический носитель можно поместить на любом расстоянии за отверстием. Более того, носитель не обязан быть плоским - он может быть цилиндрическим, сферическим и т. п. Выгнутый в сторону от отверстия носитель даже обладает преимуществом - уменьшается падение освещенности по краям кадра, так как свет в этом случае проходит одинаковое расстояние и до центра, и до края кадра. Чтобы привязать параметры изображения пинхола к параметрам обычных линзовых камер, за фокусное расстояние обычно принимается расстояние от отверстия до носителя. Пинхол с расстоянием до носителя 50 мм и размером носителя 6x6 см будет формировать изображение с примерно такими же перспективой и углом обзора, как широкоугольный 50-мм объектив на среднеформатной камере. Простым удалением или приближением носителя изображения к отверстию можно получить сверхширокоугольную камеру, можно - штатник, а можно и телеобъектив.

Строение и особенности глаза

Наши глаза связаны с мозгом, а также с нервной системой организма.

Если сравнить устройство глаза с устройством аппаратов ( фотоаппарат, камера-обскура), то можно заметить некоторые сходство между ними.

Глаза представляют собой тело шарообразной, слегка сплюснутой формы (глазное яблоко), диаметром 23-25мм. Глаз окружен прочной твердой оболочкой белого цвета- склерой, которая защищает глаз от механических повреждений. Ей называют в просторечии белком глаза.

Оба глаза яблоко расположены вблизи мозга, в глазных впадинах черепа, имеют одинаковое устройство и связаны с мозгом нервными волокнами очень сложным образом.

Глаз состоит из двух главных частей - оптической и зрительной.

Ознакомимся с оптической частью глаза.

Особенное внимание обращают на себя зрачки - круглые отверстия в радужной оболочке. Сквозь зрачки свет входит внутрь глазных яблок.

Радужная оболочка - сложная сосудистая ткань, соединенная со склерой. Радужная оболочка определяет цвет глаз у людей: серые, голубые, карие- с различными оттенками.

Роговица прозрачная, совершенно гладкая и твердая оболочка толщина около 1мм имеет форму почти сферической чашечки диаметром 12 мм. Она является продолжением склеры.

За радужной оболочкой находится прозрачное упругое тело - хрусталик. Он окружен мышцами, присоединенными к нему и склере. Хрусталик представляет собой маленькую двояковыпуклую линзу диаметром 8-10мм. Ее передняя поверхность, обращенная к зрачку, менее выпукла, чем задняя.

Между роговицей и радужной оболочкой имеется водянистая жидкость, а позади хрусталика глазное яблоко заполнено прозрачным студенистым веществом - стекловидным телам.

Названные четыре среды - роговица, водянистая жидкость, хрусталик и стекловидное тело - преломляют свет (причем хрусталик в большей мере, чем другие среды), - это оптическая система глаза, она играет роль сложного объектива.

<<Объектив>> глаза и объектив камеры-обскуры обладают общим оптическим свойством - дают действительное, уменьшенное и перевернутое изображение предметов в камере-обскуре, тогда как в глазу изображение образуется на сложной нервной ткани- сетчатке глаза.

Именно с возникновения изображения предмета, его деталей на сетчатки глаза и начинается зрительное восприятие.

Изображения предметов на сетчатке глаз получаются в перевернутом виде, но благодаря жизненному опыту с малых лет вырабатывается восприятие предметов не только при помощи зрения, но и осязания, слуха, вкуса, обоняния, а также и под действием различных движений тел это восприятия закрепляется в памяти нервной системы и в системе глаз - мозг как привычка видеть предметы в тех положениях, в каких они находятся в действительности.

Конструкция глаза - подобие камеры - обскуры

Как иначе можно было бы объяснить, что конструкция глаза <<вполне аналогична>> камере-обскуре; что на сетчатой оболочке возникает обратное отражение предметов, находящихся перед глазом, <<совершенно так же, как изображение на задней стенке камеры-обскуры>>, а глаз является органом, <<который с чрезвычайным совершенством выполняет процесс фотографирования>>.

С точки зрения органической проекции, подобное суждение следовало бы просто перевернуть и сказать, что конструкция камеры-обскуры совершенно аналогична глазу, что она есть бессознательно проецированное органом механическое воспроизведение последнего, с помощью которого наука впоследствии могла проникнуть в процессы зрительного восприятия.

Действительно, живой организм настолько технологически сложная машина, что в ближайшем времени человеку вряд ли удастся её скопировать. Эта <<портативная>> машина производит единовременно миллионы операций по преобразованию неорганических и органических веществ, поступающих из окружающей среды, в энергию и строительный материал, из которого собираются органеллы, клетки, ткани и органы. Миллионы нервных клеток постоянно получают огромное количество информации от органов чувств и внутренних органов, проделывают невидимую аналитическую работу и рассылают необходимые точные <<инструкции>> всем органам и частям тела человека.