Μαθήματα Φυσικής από το σώμα μας

Γιατί όταν περπατάμε κουνάμε τα χέρια μας αντίθετα από τα πόδια μας; Γιατί μασάμε την τροφή μας; Γιατί τα νύχια μας σπάζουν πάντα οριζόντια; Και γιατί έχουμε δακτυλικά αποτυπώματα; Για πολλούς οι προβληματισμοί του είδους ίσως φαίνονται επουσιώδεις, κατάλληλοι μόνο για αργόσχολους που αναζητούν τρόπους να γεμίσουν τον χρόνο τους. Ευτυχώς ορισμένοι ερευνητές έχουν διαφορετική άποψη. Επιλέγοντας να διερευνήσουν φαινομενικά «ανούσια» ερωτήματα καταλήγουν συχνά σε απαντήσεις που ξαφνιάζουν. Με τον τρόπο αυτόν δεν προσφέρουν μόνο νέες γνώσεις για τη λειτουργία του ανθρώπινου σώματος αλλά και «υλικό» για τη βελτίωση των επιδόσεών μας σε πολλούς τομείς.

Ενας τέτοιος ερευνητής είναι οΡόλαντ Ενος, καθηγητής της Εμβιομηχανικής στη Σχολή Επιστημών της Ζωής του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ της Βρετανίας, ο οποίος σε άρθρο του στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού «Ρhysics World» παρουσίασε μια σύνοψη των ερευνών αυτού του τομέα ο οποίος επιχειρεί να δει τα έμβια όντα μέσα από ένα διαφορετικό πρίσμα.«Η Εμβιομηχανική είναι η μηχανική των ζώων και των φυτών»εξηγεί μιλώντας στο «Βήμα». «Πρόκειται για μια προσέγγιση της Βιολογίας μέσω της Φυσικής.Μελετά τον σχεδιασμό του ανθρώπινου σώματος,των ζώων και των φυτών, εξετάζοντας τις εμπλεκόμενες δυνάμειςκατά τον ίδιο τρόπο,θα λέγαμε, που ένας μηχανικός μελετά μια γέφυρα ή ένα αυτοκίνητο».

Γιατί έχουμε δακτυλικά αποτυπώματα;

Το ανθρώπινο χαρακτηριστικό που ο κ. Ενος επέλεξε να μελετήσει «σαν μια γέφυρα» στις τελευταίες έρευνές του ήταν τα δακτυλικά αποτυπώματα. Ως τώρα οι εκπρόσωποι των ιατρικών επιστημών πίστευαν ότι η χρησιμότητα των δακτυλικών αποτυπωμάτων- πέρα από την πιστοποίηση της ταυτότητάς μας, η οποία δεν έχει «βιολογικό» ενδιαφέρον- είναι να κάνουν το κάτω μέρος των δακτύλων πιο τραχύ ώστε να αυξάνουν την τριβή και να μας διευκολύνουν να πιάνουμε τα διάφορα αντικείμενα.

Η Φυσική όμως έχει αποδείξει ότι η τραχύτητα της επιφάνειας δεν αυξάνει την ικανότητα τριβής σε μαλακά υλικά όπως το λάστιχο ή το δέρμα. Για να ελέγξουν αν το ίδιο ισχύει και στον άνθρωπο, ο κ. Ενος και η ομάδα του μέτρησαν τις δυνάμεις τριβής των δακτύλων επάνω σε ακρυλικό γυαλί με τη βοήθεια μιας μηχανής τύπου Ιnstron.«Παραδόξως»λέει «διαπιστώσαμε ότι τα δακτυλικά αποτυπώματα δεν διευκολύνουν στο πιάσιμο.Αυτό επειδή μειώνουν την επιφάνεια επαφής, τουλάχιστον με τις λείες επιφάνειες όπως το γυαλί.Επομένως το συμπέρασμα που επικρατούσε ως τώρα φαίνεται να είναι δραματικά λανθασμένο».

Ποιο είναι το σωστό συμπέρασμα; Τα επόμενα πειράματα των βρετανών ερευνητών θα εστιαστούν ακριβώς σε αυτό. Οι εναλλακτικές είναι τρεις. Πρώτον, τα δακτυλικά αποτυπώματα ενδέχεται να αυξάνουν την τριβή στις τραχείες επιφάνειες, όπως όμως τονίζει ο κ. Ενος αυτό μάλλον δεν ισχύει γιατί οι πρώτες μελέτες δείχνουν μείωση της τριβής. Μια δεύτερη εξήγηση ίσως είναι ότι, όπως τα «πέλματα» των ελαστικών των αυτοκινήτων, απομακρύνουν τα υγρά προσφέροντας καλύτερο «κράτημα» στις βρεγμένες επιφάνειες. «Τέλος»,συμπληρώνει,«νομίζουμε ότι ίσως βοηθούν στο να κάνουν το δέρμα των δακτύλων περισσότερο ελαστικό ώστε να μην κάνουμε εύκολα φουσκάλες.Εξετάζουμε και τις τρεις υποθέσεις».

Γιατί κουνάμε τα χέρια μας όταν περπατάμε;

Το ερώτημα του γιατί όταν περπατάμε κουνάμε τα χέρια μας αντίθετα από τα πόδια μας βρήκε την απάντησή του πριν από μερικούς μήνες. ΟΣτίβεν Κόλινς, ερευνητής της Εμβιομηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν των Ηνωμένων Πολιτειών, και οι συνεργάτες του μελέτησαν την κατανάλωση οξυγόνου και τις δυνάμεις των βημάτων εθελοντών ενώ περπατούσαν με διαφορετικούς τρόπους. Διαπίστωσαν ότι κουνώντας τα χέρια αντίθετα από τα πόδια καταναλώνουμε λιγότερη ενέργεια και υφιστάμεθα λιγότερες στρεπτικές ροπές από ό,τι όταν δεν τα κουνάμε καθόλου ή όταν τα κουνάμε συμμετρικά με τα πόδια.

Γιατί τα νύχια σπάνε οριζόντια;

Το «πρόβλημα των νυχιών» ήταν ένα από τα πρώτα που απασχόλησαν τον κ. Ενος πριν από περίπου μια δεκαετία. «Το επέλεξα γιατί είναι πιο εύκολο να εξετάσουμε μηχανικά τους ανθρώπους παρά τα ζώα»εξηγεί. Οπως διαπίστωσε στις έρευνες που διεξήγαγε με τους φοιτητές του, τα νύχια μας είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε να σπάζουν οριζόντια, περίπου όπως θα τα κόβαμε με ένα ψαλίδι, για να αποφεύγουμε τους τραυματισμούς. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη στη διάταξη που έχουν οι ίνες της κερατίνης στο κεντρικό τμήμα τους, όπου είναι τοποθετημένες παράλληλα με το λευκό «μισοφέγγαρο» της βάσης, με αποτέλεσμα να «εκτρέπουν» τις ρωγμές προς τις άκρες.

Μετρώντας την ενέργεια που χρειάζεται για να κόψει κανείς ένα νύχι σε διάφορες κατευθύνσεις, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ενέργεια που απαιτείται για να κοπεί ένα νύχι κάθετα προς τη βάση του είναι διπλάσια από αυτή που απαιτείται για να κοπεί οριζόντια στην άκρη του. Επιπλέον, για να μην είναι εύθραυστα, τα νύχια διαθέτουν δυο εξωτερικές στρώσεις- μία στο επάνω και μία στο κάτω μέρος τουςόπου οι ίνες της κερατίνης είναι διατεταγμένες προς όλες τις κατευθύνσεις, προσφέροντάς τους αντοχή στις κάμψεις και εμποδίζοντας τις ρωγμές.

«Αυτός ο έξυπνος σχεδιασμός σε στυλ “σάντουιτς” έχει ωστόσο ένα ελάττωμα»επισημαίνει ο κ. Ενος. «Επειδή η εξωτερική άκρη του νυχιού δεν διαθέτει την ενδιάμεση στρώση, οι ρωγμές σε αυτή μπορούν να ακολουθήσουν οποιαδήποτε κατεύθυνση.Γι΄ αυτό και τα σπασίματα εκεί μπορούν να οδηγηθούν σε έναν βαθμό προς τα μέσα,προκαλώντας μερικές φορές αιμορραγία και πόνο».

Γιατί μασάμε;

Ως και πριν από δέκα περίπου χρόνια η κρατούσα άποψη υποστήριζε ότι μασάμε την τροφή μας για να την πολτοποιήσουμε ώστε να διευκολύνουμε την απορρόφησή της. Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ όμως μελετώντας τη μηχανική της συγκεκριμένης λειτουργίας διαπίστωσαν ότι ο στόχος της δεν είναι η πλήρης πολτοποίηση των τροφών. Αντιθέτως μασάμε ίσα ίσα όσο χρειάζεται ώστε να δημιουργήσουμε έναν αρκετά συμπαγή βώλο ο οποίος, καταπίνοντας, θα οδηγηθεί με ασφάλεια στο στομάχι και δεν θα διαλυθεί με κίνδυνο οι τροφές να ακολουθήσουν λάθος δρόμο.

πηγή: tovima.gr