مفاهیم کلیدی: دما، حرارت، ادراک، سیستم اعصاب حسی
مشاهده علمی ۱۷۰
مقدمه:
آیا تا به حال سعی کرده‌اید دمای آب یک استخر را حدس بزنید؟ در یک روز گرم ممکن است آب استخر در ابتدا سرد به نظر برسد، اما هنگامی که در آب غوطه‌ور شوید دمای آن را حس نخواهید کرد. با این وجود در یک روز سرد آبی با همان درجه حرارت ممکن است از همان ابتدا برایتان دمای بسیار مناسبی داشته باشد. آیا بدن ما مجهز به ابزاری برای تشخیص دمای دقیق است یا تمام این‌ها به صورت نسبی است؟
این سوالات ممکن است شما را در مورد نحوه‌ی جمع‌آوری اطلاعات از محیط اطراف توسط بدن ما و بررسی و ایجاد درک از جهان کنجکاو کند. فعالیت علمی زیر را انجام دهید و مرتبه‌ی بعد که می‌خواهید در یک روز گرم تابستانی در استخر شنا کنید دلیل احساس سرمای اولیه در آن را خواهید دانست.
پیش‌زمینه:
دستان ما و به ویژه نوک انگشتانمان به خوبی قادر به جمع‌آوری اطلاعات حسی از محیط اطراف خود هستند. آنها تعداد بسیار زیادی گیرنده‌های حسی دارند. شرایط خارجی از جمله دما و جنس، این گیرنده‌ها را به تولید سیگنال‌های الکتریکی تحریک می‌کند. این سیگنال‌ها از طریق یک عصب حسی در طول بازوی انسان به مغز می‌رسد و در آنجا مورد پردازش و مقایسه با تجربه-های گذشته قرار می‌گیرد و در نهایت برچسب‌گذاری می‌شود.
هر گیرنده توسط یک محرک خاص به کار می‌افتد. گیرنده‌های حرارتی تغییرات دما را شناسایی می‌کنند. ما مجهز به گیرنده‌های حرارتی هستیم که توسط شرایط دمایی سرد فعال می‌شوند. همچنین گیرنده‌هایی که توسط شرایط دمایی گرم فعال می‌شوند. گیرنده‌های گرم با دریافت حس گرما یا انتقال حرارت به داخل بدن سرعت سیگنال‌های خود را افزایش می‌دهند. سرد شدن یا خروج حرارت از بدن منجر به کم شدن سرعت سیگنال‌ها می‌شود. در مقابل گیرنده‌های سرما سرعت سیگنال‌های خود را با سرد شدن افزایش و با گرم شدن کاهش می‌دهند.
زمانی که گیرنده‌ها طولانی مدت در معرض شرایط خاصی مثلاً گرما قرار بگیرند اتفاقی جالب رخ می‌دهد: گیرنده‌ها خسته می‌شوند و فعالیت خود را کاهش می‌دهند. به همین دلیل پس از گذشت زمان طولانی دیگر آن حس اولیه را نسبت به شرایط ندارید. آیا این کم شدن حس می‌تواند بر آنچه که پس از آن حس می‌کنیم تأثیرگذار باشد؟ فعالیت علمی زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.
مواد و وسایل مورد نیاز:
سه ظرف بزرگ به اندازه‌ای که بتوانید هر دو دست خود را در آنها فرو ببرید.
آب گرم (آب نباید زیاد داغ باشد. قبل از اینکه دستان خود را در ظرف‌ها ببرید حتماً دمای آب را تست کنید. اگر گرمای آن آزاردهنده است دستان خود را در دمای اتاق نگه دارید و اجازه دهید دمای آب مناسب‌تر شود.)
آب با دمای اتاق
آب سرد (می‌توانید چند تکه یخ به آب با دمای اتاق اضافه کنید.)
حوله برای خشک نگه داشتن سطح کار
ساعت برای اندازه‌گیری زمان
آماده‌سازی:
یک سطح کار آماده کنید و روی آن یک حوله پهن کنید تا سطح خیس نشود. همچنین هر جسمی که نباید خیس شود را از نزدیکی محیط کار بردارید.
یکی از ظرف‌ها را با آب خیلی سرد پر کنید. (می‌توانید تعدادی یخ در آب با دمای معمولی بریزید تا آب سرد آماده شود.)
ظرف دوم را با آب با دمای معمولی پر کنید.
در ظرف سوم آب گرم بریزید. دقت داشته باشید که آب زیاد داغ نباشد. دمای آن باید به گونه‌ای باشد که بتوانید به راحتی دستانتان را در آن برای مدتی تقریباً طولانی نگه دارید.
روش کار:
دست راست خود را داخل ظرف با آب سرد فرو کنید. دمای آب به نظرتان سرد است یا خیلی سرد؟
دست چپ خود را در ظرف با آب گرم فرو کنید. چه حسی از آب این ظرف دارید؟
پس از ماندن دست‌هایتان در این ظرف‌ها به مدت یک یا دو دقیقه، به دمای هر ظرف توجه کنید. آیا آب سرد به همان اندازه که در ابتدا سرد بود اکنون نیز حس می‌شود؟ آب گرم چطور؟ اگر حس شما از دمای آب داخل ظرف‌ها عوض شده است، به نظرتان دلیل، تغییر دمای آب در این زمان کوتاه است یا اینکه درک شما از دما تغییر کرده است؟
حال به طور همزمان هر دو دست خود را از ظرف آب گرم و ظرف آب سرد بیرون بیاورید و آنها را در ظرف حاوی آب با دمای معمولی فرو کنید. چه حسی از دمای آب داخل این ظرف دارید؟ آیا آب داغ است یا گرم یا ولرم یا سرد یا بسیار سرد؟ اگر تشخیص این مسئله دشوار است، به حسی که از هر کدام از دست‌هایتان به طور جداگانه دارید توجه کنید. آیا حس دستانتان نسبت به دمای آب یکسان است؟
آزمایش‌های تکمیلی:
به جای استفاده از دو دست، انگشت اشاره‌ی یکی از دستانتان را در آب گرم و انگشت وسط همان دست را در آب سرد نگه دارید. سیگنال‌های حسی ایجاد شده توسط گیرنده‌های حرارتی در این حالت از یک عصب حسی در طول بازو حرکت می‌کنند تا به مغز برسند. آیا در این حالت نیز دو انگشت شما تفاوت دما را حس می‌کنند؟ آیا پس از گذشت یک دقیقه با قرار دادن هر دو انگشت در آب با دمای معمولی مانند قبل دو حس متفاوت از دمای آب خواهید داشت؟ حال با یک انگشت به طور همزمان یک تکه یخ و یک پارچه‌ی گرم را لمس کنید. آیا در این حالت می‌توانید حس کنید که نیمی از انگشتتان گرم و نیمی دیگر سرد است؟ با فرو بردن انگشتتان در آب با دمای معمولی چه حسی دارید؟
در این فعالیت علمی دمای آب‌های سرد و گرم متفاوت است. حال اگر دستانتان را در تماس با اجسامی با دمای یکسان که به ظاهر دمای متفاوتی دارند مانند دستگیره‌ی فلزی در، فرش و یا یک لباس پشمی قرار دهید چه اتفاقی می‌افتد؟ تمام این اجسام در دمای اتاق هستند اما به دلیل تفاوت در نحوه‌ی انتقال حرارت، دمای آنها متفاوت به نظر می‌رسد. اگر دو دست خود را برای مدت طولانی در تماس با دو جسم به این شکل قرار دهید و سپس جسم سومی را با هر دو دست لمس کنید (مثلاً شیشه) چه حسی خواهید داشت؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا دست راستتان نسبت به آب با دمای اتاق حس گرما و دست چپ‌تان حس سرما دارد؟ هنگامی که در ابتدا دست راست خود را در آب سرد قرار می‌دهید، گیرنده‌های حرارتی سرما در دست شما سیگنال‌هایی تولید می‌کنند که پس از پردازش در مغز این آب به عنوان آب سرد شناسایی می‌شود. از طرف دیگر با قرار دادن دست چپ‌تان در آب گرم، گیرنده‌های حرارتی گرما سیگنال‌هایی به مغز ارسال می‌کنند که در نهایت این آب به عنوان آب گرم شناخته می‌شود.
پس از گذشت مدتی، فعالیت گیرنده‌های حرارتی داخل دستان شما کم می‌شود و حس شما نسبت به سردی یا گرمی آب داخل ظرف‌ها کم می‌شود. با این وجود با قرار دادن هر دو دست در آب با دمای اتاق مغز دچار اشتباه می‌شود. دست راست شما در شرایطی وارد آب با دمای اتاق شده است که گیرنده‌های حرارتی سرما فعالیت کمی دارند و در مقابل گیرنده‌های حرارتی گرما کاملاً فعال هستند. جریان گرما به دست سرد سبب فعالیت گیرنده‌های حرارتی گرما می‌شود. مغز از این اتفاق نتیجه می‌گیرد که محیط اطراف گرم است. به همین دلیل دست راست شما آب را گرم‌تر از چیزی که در واقعیت است حس می‌کند.
روندی مشابه در مورد دست چپ شما نیز رخ می‌دهد که گیرنده‌های حرارتی گرما در هنگام ورود به آب با دمای اتاق فعالیت کمی دارند و جریان گرما از دست به محیط یعنی آب با دمای اتاق رخ می‌دهد. به همین خاطر دست چپ شما آب را سردتر از چیزی که در واقعیت است حس می‌کند.
به دلیل حس متفاوتی که دو دست شما از آب با دمای اتاق دارد، در درک دما گیج می‌شوید. مغز شما اطلاعات متناقضی در مورد دمای داخل ظرف با دمای اتاق در اختیارتان قرار می‌دهد. نتایج این فعالیت علمی نشان می‌دهد که درک انسان از دما تحت تأثیر محیط قبلی است که در آن قرار داشته است.
منبع:
SA
منابع مفید:
شبکه عصبی مصنوعی
انگشتان یخ زده
رسانش گرمایی
چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟
دماسنج خانگی
مغز انسان
مغز اندیشه و روان
حواس انسان
گرما - ویکیپدیا
دستگاه حسی - ویکیپدیا
How Animals Stay Warm with Blubber
somatosensory system