Физика организма человека

И. ГЕРМАН
ФИЗИКА  
ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Перевод с английского 
под редакцией А.М. Мелькумянца и С.В. Ревенко
Второе издание
2014

И. Герман
Физика организма человека. Пер. с англ.: Учебное пособие /
И. Герман – 2е изд. – Долгопрудный: Издательский Дом «Интел
лект», 2014. – 992 с.
ISBN 9785915591768
Второе издание известного учебного пособия, широко применяемого в
ведущих российских университетах.
Книга, созданная на основе курсов лекций в Колумбийском универси
тете, не имеет аналогов в мировой литературе по полноте и ясности изло
жения вопросов биомеханики и биофизики человека. Рассмотрены физи
ческие аспекты работы всех систем жизнеобеспечения, зрение и слух, фор
мирование речи. Особое внимание уделено костномышечным задачам, сер
дечнососудистой и дыхательной системам, рецепторам вкуса и запаха, ре
гуляции параметров в организме человека.
Незаменимое руководство для студентов и преподавателей биомедицин
ских специальностей, исследователей и разработчиков медицинских при
боров, робототехнических устройств, научных работников в области физи
ки живых систем.
ISBN 9785915591768
ISBN 9783540296034 (англ.)
© 2007, SpringerVerlag Berlin Heidelberg
© 2011, ООО Издательский Дом «Интеллект»,
перевод на русский язык, оригиналмакет,
оформление

Cодержание
Предисловие редакторов перевода . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 9
Введение . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 13
Г л а в а  1
Терминология, стандартный человек, масштабирование . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  20
1.1.	
Анатомическая терминология. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 20
1.2.	
Движение человека как машины.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 25
1.3.	
Стандартный человек. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
1.4.	
Законы масштабирования.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 47
	
1.4.1.  Аллометрические правила . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 47
	
1.4.2.  Масштабирование в сенсорных системах. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 50
1.5.	
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 52
Г л а в а  2
Статика тела. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 64
2.1.	
Обзор сил, моментов вращения и равновесия. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 64
2.2.	
Статика: движение в одной плоскости и рычаги. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 67
2.3.	
Статика для частей тела. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 71
	
2.3.1.  Предплечье . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 72
	
2.3.2. Задачи с бедром.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 78
	
2.3.3.  Статика других синовиальных суставов . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 88
	
2.3.4.  Поясница.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 96
	
2.3.5.  Правило трёх сил.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 108
	
2.3.6.  Мультисегментное моделирование. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 109
2.4.	
Тактильное чувство.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  111
2.5.	
Обзор единиц силы и давления.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  112
	
2.5.1.  Сила . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 112
	
2.5.2.  Давление. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 113
2.6.	
Резюме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  114
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  115
Г л а в а  3
Движение.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  126
3.1.	
Кинематика и мускулатура. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  126
3.2.	
Вертикальная стойка.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  134
	
3.2.1.  Устойчивость. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 134

Cодержание

	
3.2.2.  Силы, действующие на стопу.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 137
3.3.	
Ходьба. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  137
	
3.3.1 Кинематика . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 137
	
3.3.2.  Работа мышц. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 140
	
3.3.3.  Трение.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 143
	
3.3.4.  Энергетика.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 146
	
3.3.5.  Гармонические колебания, маятники и моменты инерции.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 151
	
3.3.6.  Баллистическая (маятниковая) модель ходьбы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 156
	
3.3.7.  Модель обратного маятника.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 160
3.4.	
Бег. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  161
	
3.4.1.  Кинематика. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 161
	
3.4.2.  Работа мышц. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 164
	
3.4.3.  Энергетика.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 165
	
3.4.4.  Модель прыгающего мяча и пружинной прыгалки.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 172
3.5.	
Прыжки. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  174
	
3.5.1.  Вертикальный прыжок с места.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 175
	
3.5.2.  Прыжок с шестом. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
3.6.	
Бросок мяча. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  182
	
3.6.1.  Бросание вращающегося мяча. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 193
	
3.6.2.  Мощность, развиваемая при броске мяча.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 197
3.7.	
Другие типы движения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  198
3.8.	
Соударения тела человека.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  202
	
3.8.1.  Кинематика соударения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 203
	
3.8.2.  Последствия соударений . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 204
	
3.8.3.  Удары по мячу.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 216
	
3.8.4. Бег.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 219
	
3.8.5.  Прыжки.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 221
3.9.	
Длительные ускорения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  222
3.10.	 Физика спорта. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  224
3.11.	 Резюме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  225
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  225
Г л а в а  4
Механические свойства тела. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 250
4.1.	
Ткани тела человека..
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  254
	
4.1.1.  Кости.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 255
	
4.1.2.  Связки и сухожилия.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 257
	
4.1.3.  Хрящи. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 259
4.2.	
Эластичность. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  260
	
4.2.1.  Основные соотношения напряжения и деформации.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 260
	
4.2.2.  Другие типы взаимосвязи напряжение-деформация.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 263
	
4.2.3.  Сокращение длины костей.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 265
	
4.2.4.  Энергия, запасаемая деформированной средой . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 266
4.3.	
Независимые от времени отклонения от эластичности. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  270
	
4.3.1.  Негуковские материалы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 280
4.4.	
Статическое равновесие деформированных тел (углубленная тема). .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  282
	
4.4.1.  Изгиб балки (или кости). .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 289
4.5.	
Зависящие от времени отклонения от эластичности: вязкоэластичность . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  294
	
4.5.1.  Идеальная пружина. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 301
	
4.5.2.  Идеальный амортизатор.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 302
	
4.5.3.  Простые вязкоэластичные модели. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 303
4.6.	
Вязкоэластичность костей.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  311
4.7.	
Переломы костей. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  313


Содержание
	
4.7.1. Виды внезапного перелома костей. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 314
	
4.7.2.  Переломы от длительного перенапряжения (углубленная тема). .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 322
4.8.	
Распространенные спортивные травмы.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  328
4.9.	
Защита от переломов и других травм: выбор материала для шлема..
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  331
4.10.	 Резюме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  334
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  334
Г л а в а  5
Мышцы.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  344
5.1.	
Скелетные мышцы тела . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  345
	
5.1.1.  Типы мышечной деятельности.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 349
5.2.	
Структура мышц.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  350
5.3.	
Покоящаяся (пассивная) мышца.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  356
5.4.	
Активная мышца: макроскопический уровень.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  357
	
5.4.1.  Механическая модель активного состояния мышц. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 361
5.5.	
Влияние упражнений. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  368
	
5.5.1.  Утомление мышц.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 369
5.6.	
Координация мышечной деятельности. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  370
5.7.	
Активация и тетанус: микроскопический уровень. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  373
	
5.7.1.  Общее напряжение мышцы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 376
	
5.7.2.  Примеры ограниченного предела полезной длины мышцы . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 377
5.8.	
Кривая Хилла сила—скорость.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  380
5.9.	
Модель скользящих филаментов: наноскопический уровень. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  386
5.10.	 Резюме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  392
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  392
Г л а в а  6
Метаболизм: энергия, теплота, работа и мощность, развиваемая телом . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  401
6.1.	
Сохранение энергии и тепловые потоки. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  402
6.2.	
Содержание энергии в продуктах питания . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  405
	
6.2.1.  Энергия, трансформируемая в ходе обмена 
	
	   веществ, и сохранение энергии . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 410
6.3.	
Молекулы, в виде которых запасается энергия. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  414
	
6.3.1.  Как образуется АТФ и как он используется. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 414
	
в виде источника энергии.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 414
	
6.3.2. Как организм использует молекулы АТФ.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 417
6.4.	
Уровни метаболизма.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  427
	
6.4.1.  Основной обмен . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 427
	
6.4.2.  Уровни метаболизма при обычных видах деятельности . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 434
	
6.4.3.  Прибавка и потеря веса. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 452
6.5.	
Потери тепла организмом.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  456
	
6.5.1.  Способы теплоотдачи.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 456
6.6.	
Температура тела . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  477
6.7.	
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .484
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  485
Г л а в а  7
Давление и поток жидкости в организме; течение жидкостей и газов. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  505
7.1.	
Характеристики давления в организме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  506
	
7.1.1.  Определения и единицы измерения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 506
	
7.1.2.  Измерение давления . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 506
7.2.	
Физические основы давления и течения жидкостей . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  510
	
7.2.1.  Закон Лапласа. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 510

Cодержание

	
7.2.2.  Движение жидкости.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 512
	
7.2.3.  Уравнение неразрывности. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 514
	
7.2.4.  Уравнение Бернулли . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 515
	
7.2.5.  Взаимосвязь параметров, описывающих поток.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 516
	
7.2.6.  Течение вязкой жидкости и закон Пуазейля.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 517
7.3.	
Диффузия (тема для углубленного изучения) . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  530
7.4.	
Давление и поток в разных системах организма. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  533
7.5.	
Движение человека в жидкости или в атмосфере . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  536
	
7.5.1.  Плавание. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 536
	
7.5.2.  Почему люди не летают. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 540
7.6.	
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .541
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  541
Г л а в а  8
Сердечно-сосудистая система.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  549
8.1.	
Общие сведения о сосудистой системе и сердечном цикле. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  541
	
8.1.1.  Кровообращение. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 549
	
8.1.2.  Сердечный цикл . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 555
	
8.1.3.  Клапаны сердца. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 560
8.2.	
Физика сосудистой системы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  563
	
8.2.1.  Свойства крови. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 563
	
8.2.2.  Давление и кровоток в кровеносных сосудах. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 564
	
8.2.3.  Капилляры и осмотическое давление. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 582
	
8.2.4.  Объемная скорость кровотока и скорость течения крови. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 586
	
8.2.5.  Последствия частичного перекрытия просвета артерий . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 599
	
8.2.6.  Работа, производимая сердцем, и метаболические потребности сердца.
 .  .  .  .  .  .  . 602
8.3.	
Инсульты и аневризмы.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  604
	
8.3.1.  Ветвление артерий и мешкообразные аневризмы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 611
	
8.3.2.  Стенозы и ишемические инсульты.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 614
	
8.3.3.  Уравнение движения артерий и аневризм при 
	
пульсирующем потоке (тема для углубленного изучения). .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 615
8.4.	
Моделирование сосудистой системы и сердца.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  618
	
8.4.1.  Модель сердца. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 618
	
8.4.2.  Моделирование кровотока в сосудистой системе. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 622
	
8.4.3.  Артериальный пульс.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 626
	
8.4.4.  Модель упругого резервуара.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 629
	
8.4.5.  Моделирование нарушений работы сердца.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 632
8.5.	
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .634
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  634
Г л а в а  9
Легкие и внешнее дыхание.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  648
9.1.	
Строение легких. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  649
9.2.	
Физика альвеол.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  655
9.3.	
Физика дыхания. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  659
9.4.	
Легочные объемы и емкости. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  662
9.5.	
Дыхание при нормальных условиях и при патологических состояниях. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  665
	
9.5.1.  Поток воздуха в процессе дыхания.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 665
	
9.5.2 Механическая модель процесса дыхания и параметры модели.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 668
	
9.5.3. Цикл вдоха-выдоха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669
	
9.5.4. Дыхание при заболеваниях легких. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 670
	
9.5.5.  Дыхание на высоте.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 674
9.6.	
Работа, необходимая для осуществления дыхания.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  675


Содержание
9.7.	
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .676
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  677
Г л а в а  1 0
Звук, речь и слух . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  683
10.1.	 Физика звуковых волн. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  684
	
10.1.1.  Скорость и свойства звуковых волн. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 686
	
10.1.2.  Интенсивность звуковых волн. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 687
	
10.1.3.  Что происходит, когда звук передается из одной среды в другую? . .  .  .  .  .  .  .  .  . 695
	
10.1.4.  Объемные резонаторы . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 697
10.2.	 Формирование голоса.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  702
	
10.2.1.  Типы звуков.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 702
	
10.2.2.  Системы, участвующие в формировании речи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 706
	
10.2.3.  Параметры голоса человека . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 722
	
10.2.4.  Энергетика речи.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 723
10.3.	 Слух. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  723
10.3.1.  Слуховая чувствительность.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 724
	
10.3.2. Связь со слуховым восприятием.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 746
10.4.	 Другие колебания в организме. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  751
	
10.4.1.  Сердце и другие источники звука.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 751
10.5.	 Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .754
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  755
Г л а в а  1 1
Свет, глаза и зрение. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  766
11.1.	 Структура глаза.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  766
11.2.	 Фокусировка и формирование изображения хрусталиком. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  774
	
11.2.1.  Формирование изображения.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 774
	
11.2.2.  Научная основа формирования изображения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 777
	
11.2.3.  Комбинации линз и преломляющих поверхностей. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 783
11.3.	 Формирование изображение и детектирование в глазу. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  791
	
11.3.1.  Передача света в глазу. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 791
	
11.3.2.  Глаз как сложная линза. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 794
	
11.3.3.  Аккомодация. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 799
	
11.3.4.  Поле зрения и бинокулярное зрение . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 801
	
11.3.5.  Регулирование уровня освещенности. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 802
	
11.3.6.  Ограничения остроты зрения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 804
	
11.3.7.  Несовершенство человеческого зрения.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 816
	
11.3.8.  Коррекция зрения с помощью очков, контактных линз и других средств. .  .  .  . 821
11.4.	 Типы нарушений зрения.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  831
11.5	  Связь со зрительным восприятием.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  833
11.6.	 Зрение у животных. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  841
11.7.	 Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .845
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  846
Г л а в а  1 2
Электрическиеи магнитные свойства.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  861
12.1.	 Обзор электрических свойств. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  862
12.2.	 Электрические свойства тканей тела.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  867
	
12.2.1.  Электрическое проведение в крови и тканях . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 867
12.3.	 Проведение по нервам. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  869
	
12.3.1.  Клеточные мембраны и распределение ионов.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 871
	
12.3.2.  Варианты возбуждения мембраны . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 881

Cодержание

12.3.3.  Математическая модель возбудимой мембраны . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 884
12.4.	 Ионные каналы, волосковые клетки, вестибулярный аппарат, вкус и обоняние. .  .  .  .  901
12.5.	 Электрические свойства сердца.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  904
12.6.	 Электрические сигналы мозга.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  918
12.7.	 Действие электрического тока на человека. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  918
12.8.	 Магнитное поле. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  920
	
12.8.1.  Магнитное поле аксона. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 921
	
12.8.2.  Восприятие магнитного поля. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 922
12.9.	 Электромагнитные волны. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  922
12.10.  Заключение.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  924
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  924
Г л а в а  1 3
Регуляция и обратные связи.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  931
13.1.	 Основы регуляции и обратных связей.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  932
	
13.1.1.  Теория управления (тема для углубленного изучения) . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 934
13.2.	 Регуляция параметров организма человека. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  936
	
13.2.1 Регуляция температуры. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 936
	
13.2.2.  Регуляция артериального давления.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 943
	
13.2.3.  Регуляция во время физической работы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 944
13.3.	 Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .946
Задачи . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  946
П р и л о ж е н и е  А
Символы и единицы измерения.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  947
П р и л о ж е н и е  В
Основная анатомическая и антропометрическая информация.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  952
П р и л о ж е н и е  С
Дифференциальные уравнения. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  954
С1.	
Простые дифференциальные уравнения первого и второго порядков. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  955
С.2.	 Экспоненциальный спад.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  956
С.3.	 Гармонический осциллятор.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  959
С.4.	 Уравнения в частных производных. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  961
П р и л о ж е н и е  D
Общие модельные системы . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  963
D.1.	 Модели с сосредоточенными и распределенными параметрами: электрические 
аналоги кровотока (тема для углубленного изучения). .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  967
П р и л о ж е н и е  Е
Биофизика организма человека.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  969
О т в е т ы  к  о т д е л ь н ы м  з а д а ч а м . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  971
 . 9
Б 
иблиография к разделам книги  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
76

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ ПЕРЕВОДА
Впервые встретив книгу, опытный читатель редко обращает внимание на предисловие. Обычно, заглянув в оглавление и пролистав книжку, мы  получаем  о ней первое впечатление — и вместе с ним ответ на вопрос,  «моя» это книга 
или «не моя». Признав книгу «своей», читатель покупает её и начинает читать либо 
с самого начала, либо с заинтересовавшей его главы. Если же книга окажется «не 
моей»,  с ней расстанутся без особого сожаления. Ни в первом, ни во втором случае 
предисловие не прочтут. Признаемся, что и мы также поступаем с научными книгами — по крайней мере, при первом знакомстве.
Понимая, что нашему предисловию уготована та же участь, мы все-таки рискнули предпослать книге, которую вы держите в руках, несколько слов. Это решение 
обусловлено тем, что в течение многих лет мы обучаем будущих специалистов по 
физике живых систем, и как преподаватели знаем, что студенты — медики, биологи 
и физики, которые, в силу выбранной специальности, должны основательно штудировать подобные труды, частенько делают это крайне неохотно или не делают вовсе. 
Именно таким студентам мы хотели бы объяснить, что они держат в руках необычную книгу, и что они извлекут из неё для себя немалую пользу даже в том случае, 
если всего лишь бегло просмотрят её  при подготовке к экзаменам. 
Книга профессора Колумбийского университета Ирвинга Германа «Физика организма человека» имеет выраженный междисциплинарный характер, поскольку 
она описывает процессы, протекающие в живом организме, основываясь на законах 
физики. Такой подход зародился в исследованиях XVIII-XIX веков, когда закладывались основы современной физиологии. Это было совершенно есте-ственно, ибо 
фундаментальные представления о принципах функционирования основных систем 
организма формировали люди, которые были одновременно и физиками, и медиками. 
Достаточно назвать лишь несколько имен. Так, Томас Юнг, открывший волновую 
природу света и внесший огромный вклад в учение об упругости материалов, был в 
течение всей своей жизни практикующим врачом. Жан Пуазейль, именем которого называется один из важнейших законов гидродинамики, был физиологом, занимавшимся исследованием кровообращения. Герман Гельмгольц, заложивший основы гидродинамики и термодинамики, автор теории вихревого движения жидкости 

Предисловие редакторов перевода
10
и аномальной дисперсии, также был врачом и  автором основополагающих трудов 
по физиологии слуха и зрения. Иоганн Бернулли, Адольф Фик, Отто Франк.… Этот 
список выдающихся  специалистов по «физической физиологии» и биомеханике, 
прославившихся в исследовании как физических явлений, так и физиологических 
процессов, легко можно продолжить.
Однако, по мере накопления знаний и углубления представлений о принципах функционирования организма человека, специалисту становилось все труднее 
и труднее освоить всю информацию, необходимую для исследований по «макрофизике человеческого организма». Стремительный рост объема информации привел в середине XX века к необходимости создавать исследовательские коллективы, 

в которых объединялись, с одной стороны, медики и биологи, а с другой стороны, 
представители точных наук — физики и математики. Эти коллективы продолжили 
дело «отцов-основателей» биомеханики, занявшись исследованиями в области новой науки, получившей название «физика живых систем». Важнейшим условием успешной деятельности таких коллективов было то, что представители разных наук, 
объединенные в одну команду, должны были «говорить на одном научном языке» 

и легко понимать друг друга. Это совсем не простая задача, ибо познания медиков 
в точных науках, как правило, весьма скудны и ограничиваются несколькими формулами, позволяющими производить статистическую оценку результатов исследований, в то время как физики и математики «тонут» в море специальной и обширной 
медицинской терминологии и зачастую не понимают задач, которые ставят перед 
ними физиологи и врачи. Преодоление этого разрыва и является основной целью 
книги И.  Германа «Физика организма человека». 
Удивительно, но автор этой книги не специалист в области физики живых си-стем. 
Ирвинг Герман — физик, широко известный своими исследованиями лазерного излучения и его взаимодействия с веществом. И, тем не менее, ему удалось охватить 

и систематизировать огромный объем информации и представить его в доступной для 
понимания форме, не поступаясь при этом строгостью изложения и не допуская существенных неточностей. «По долгу службы»  редакторы перевода обязаны прочитать 
всю книгу, причем не один раз. Сделав это, мы можем сказать, что книга И.Германа 
относится к тем редко встречающимся учебникам, которые просто интересно читать, 
в которых соединены научная строгость и простота изложения материала, характерная, скорее, для книг, популяризующих научные знания. Рецептов написания таких 
текстов мы не знаем, но перед нами именно такой текст. 
Тем редким читателям, которые все-таки обращают внимание на предисловия, мы 
посоветуем  начать знакомство с этой книгой с изучения добротного и основательного введения, в котором четко и ясно изложено краткое содержание книги. Здесь 
же сформулирована и цель, которую автор ставит перед читателем: «понять физические принципы работы тела человека, решив ряд познавательных задач». И.Герман 
предупреждает, что «хотя нам и не придется изнурять себя, заучивая медицинскую 
терминологию, однако мы непременно рассмотрим базовые анатомические понятия 
и физиологические принципы». Отметим, что автору вполне удалось  справиться с 
этой задачей: сведения из анатомии воспринимаются без особого напряжения, чему