＊ちょっとした身の回りの自然に関する科学について質問です！

＊ちょっとした身の回りの自然に関する科学について質問です！


１、風が吹くと冷たく感じる理由
風とはつまるところ気体分子の流れですよね？これが人間の皮膚にあたり、通りすぎることで人は寒いと感じるのだと思うのですが、これは何故なのでしょうか？ 気化熱や皮膚周りの気体の圧力の変化と関係があるのでしょうか？



２、携帯のメールや通話が可能な理由。
携帯でメールに打つ、文章や画像等の情報は、いわゆる電波によって通信がされているものかと思います。そして、 そういった文字や画像、音楽情報は、ラジオ同様、電磁波の波長や振幅に情報として乗せて発信していると理解していたのですが、ここで疑問が一つ生まれました。

ある情報を持った電磁波はなぜ他の電磁波の影響を受けないのでしょうか。電磁波は磁場と電場が伝播していく波動現象であり、端末から(おそらく)放射状に発信され、これが受信側に至るまでに干渉・吸収・反射その他もろもろの現象により、大きく影響を受け、元の情報を大きく変えてしまうように思えてしまったのですが。
同様に、通話(電話)昨日についても、どうして話すことが可能なのか、その仕組みが気になります。



３、代謝：人体を出入りする物質の収支について。
僕の認識では、人が外の環境から摂取するものの主な物は分かりやすいところで、水をはじめとする有形の食べ物、そしてそれは人間が活動する為のエネルギーと排泄物という形で外に出て行きます。しかし、質量保存の観点で見ると、エネルギーは置いておいたとして、それでも摂取量の方が通常かなり超過しているように思えます(明らかに食べた量が出す量の数倍です)。

差分の原因として呼吸をまず考えました。O2を取り込み、CO2を出す機構においては、毎呼吸ごとに炭素Cの分だけ質量を体外に出しています。しかし、これだけが差分の原因であれば、ご飯を食べなかった日に、人間は凄まじいまでの質量を失いガリガリのボロボロになってしまいます。
そうはならないということは、体の収支に今僕が無視してしまっている要素があるはずです。それはなんなのでしょうか？



４、人間の指が五本の理由
元々の元始生命は、魚類だったかと思うのですが、進化の過程で何故５本になったのでしょうか？他の進化をした陸上ほ乳類、例えば馬などは指の数が違うようですし、器用に物を扱う目的だとしても何故5本なのかが気になりまして。。６本の方が便利かも知れませんし、4本でも十分または5本以上の機能を果たすかもしれません。　個人的な意見・推測レベルのものでも良いので聞かせてください。



どの疑問に対してでも、簡単なくだけた説明から、厳密な物理的・科学的解説まで、どんなお知恵でも良いので、分けて頂ければと思います。

No.1 回答者： DIooggooID 回答日時： 2010/03/23 09:36

１、風が吹くと冷たく感じる理由

> 気化熱や皮膚周りの気体の圧力の変化と関係があるのでしょうか？

　気化熱の効果です。
http://www.geocities.co.jp/AnimalPark-Tama/1427/ …





２、携帯のメールや通話が可能な理由。
>　ある情報を持った電磁波はなぜ他の電磁波の影響を受けないのでしょうか。

　高校物理の基本ですが、波の独立性　という性質が波にはあります。
　（電波や光も同様）

　この性質によって、互いに影響を受けません。

http://books.google.co.jp/books?id=wa0TneDoUvcC& …

この回答へのお礼

回答有り難うございます！


１、debukuroさまのおっしゃるように、皮膚が感じる風の場合、気化熱はどうも関係ないように思えるのですがどうでしょうか。むしろ、風が吹く前より冷たい空気に触れることになるので、発汗をより必要としない環境になるようです。
僕の解釈違いでしたら申し訳ないです。


２、ご丁寧に解説サイトまで提供して頂いて、有り難うございます。すっかり基礎を忘れてしまっていました。

お礼日時：2010/03/28 08:02

No.2 ベストアンサー 回答者： debukuro 回答日時： 2010/03/23 10:01

１，気化熱だけなら風は関係ありません

皮膚に接する空気と皮膚との間で熱のやりとりが行われます
空気の温度が低いと皮膚から空気に熱が移動し空気の温度が上がります
風がないと皮膚と皮膚に接した空気の間の温度差が小さいので寒さは感じません
風が吹くと皮膚で暖められた空気が持ち去れれ新しい空気が接するのでこれを暖めるために皮膚から熱が奪われるので寒く感じるのです
逆もあります
夏の砂漠地帯では風がないときは何ともないが風が吹くと火で炙られたような熱さを感じるのです

２，波の独立性です
波は干渉し合いますが混合されない性質があるのです

３，私たちが利用できるエネルギー源は炭水化物です
そして僅かな物質を補助剤として吸収するだけです
それらを食物の中から取りだしているのです
大量の食物から僅かな栄養分を取りだしているのです
物理の法則で見ると物体が持つエネルギーはよくて５０％しか利用できないのです

４，進化の過程でいろいろな形質のものが登場したでしょうが都合のいい形質のものが生き残って反映しているだけです
それ以外の理由はありません

この回答へのお礼

ご回答有り難うございます！

１、非常に納得のいく説明でした！ 要は皮膚周りとの熱交換対象の空気が風によって更新されるといった感じですよね？ だから、砂漠のように気温(空気の温度)が体温以上の場合、皮膚周りの空気は皮膚により冷まされてる状態で、風が吹くとこれより暑い周りの空気を皮膚は感じることになるので、結果ここでは"風は涼しいもの"ではなく、むしろ"熱いものに"なる。 こういうことだと理解させて頂きました。
　ちなみに別件ですが、濡れた肌が乾燥時通より寒く感じることに関しては、肌の水滴が蒸発(気化)する時に気化熱を奪われるということでいいのでしょうか？　濡れた肌の時も風が吹くと冷たいのは同様の理由でしょうか？


２、思い出しました。確かに習いました。お恥ずかしい限りです。


３、なるほど。結論、運動するためのエネルギーとして消費されているということですよね？ 確かに物質が化学反応を起こすと、エネルギーは発生(または消費)し、これを利用して人間は生体活動を行っています。しかし、化学反応の前後でもはやり物質の質量は減ることはないはずだと思うのですがどうでしょう？

　例えば、体内のエネルギー活動を代表するヌクレオチド、アデノシン三リン酸の反応式は
　ATP+H2O　→　ADP（アデノシン二リン酸）+Pi（リン酸）　ΔG°’（標準自由エネルギー変化）= -7.3kcal/mol　(Wikiより)
ですが、分子の質量変化は一切ありません。

物質そのものがエネルギーに変化するわけではないので(万が一してしまうなんて場合にはアインシュタインのE=mc^2ものエネルギーが、、)、やはりエネルギーを無視した上で、"物的な"収支のあり方が他にあるはずと思うのですが。


４、貴重なご意見有り難うございます。


４つもの質問に回答くださりとても嬉しいです。
差し支えなければ、上記の疑問にも答えて頂けると幸いです。

お礼日時：2010/03/28 07:43

No.3 回答者： kyo-mogu 回答日時： 2010/03/23 10:35

５本の指の事ですが、複数の生命が生まれました。

５本指の生き物が生き残った。そこから色々と生まれていきました。偶然なんです。
　で、馬などは５本の指を使う必要が無く、またつま先立ちの状態で立つことで走る速さを獲得しました。使わない指などは小さくなっています。骨を見ることで名残があったりします。
　人間は物を挟むだけではなく、複雑な動きを必要とします。役に立たないと思われる小指ですら、使えないと握る力は落ちます。
　多種多様な生き物が生まれ、環境に適応していったと考えられています。
　骨を見ることもおもしろいですよ。

この回答へのお礼

丁寧な説明有り難うございます！

正直、"偶然"と言われると、若干のしこり的なすっきりしないものが残ってしまうのですがやはりそうなのでしょうか。
骨って、生物の他の部位に比べて、進化の仕方が素直というか環境にすぐに影響されて変わるように感じました。姿勢悪いと、骨の形かわりますしねw

回答の方感謝です！

お礼日時：2010/03/28 07:57

No.4 回答者： B-juggler 回答日時： 2010/03/23 19:00

ひとつだけ。

２番です。

波動の独立性はもちろんです。
　＃携帯電話に限ったことではないですよ。
　＃ラジオやＴＶもそうですよ。

携帯電話の電波はあまり遠くまで届きません。
なのでものすごい数！　の拾う局があります。
これで干渉や、反射を無視できるようにしていると
聞いたことがあります。

この回答へのお礼

回答有り難うございます。

皆様に２番は答えていただいて、いやはや愚かしい質問だったようです。
基本中の基本ですね！思い出しました。

一度発生した波動は、その独立性の為に、それを遮蔽するものにぶつからない限り波動同士で干渉しないということですね。(干渉自体は、重ね合わせの意味でするけれども、その後何事もなかったかのようにお互いすり抜けていくということで理解しました。)

お礼日時：2010/03/28 07:49

No.5 回答者： nazunazu 回答日時： 2010/03/25 01:14

２、携帯のメールや通話が可能な理由について

> ある情報を持った電磁波はなぜ他の電磁波の影響を受けないのでしょうか。

おっしゃるとおり影響を受けます（ご想像どおりの影響かどうかは別として）。他の方のとおり独立性の性質から、影響は限られたものになりますが。
それでもメールや通話が可能な大きな理由は以下の2つです。
1. 影響を最小限に抑えるような工夫がなされている。
これは例えば変調方式や符号誤り率に関する検討など、さまざまな技術が盛り込まれています。テレビについてはゴーストを抑える技術なんかもあります。
2. 法律などで、使用する電磁波に規制をかけている。
使用できる周波数帯域を制限するとか免許がないと一定以上出力できないとか。

４、人間の指が五本の理由
昔、人間の小指が何のためにあるのかよくわかっていませんでした。なので昔の人型ロボットは4本指でした。ところがこれでは不都合があるということがわかってきて小指の重要性を認識し、ロボットの指を5本に増やした、というようなことがあったそうです。
私は6本目の指の必要性については知りませんが、すでにロボット開発者などから「指が6本あるとこんなに都合がいいよ」という話が出ているかもしれません。

この回答へのお礼

ご回答有り難うございます！


２、僕の想像していた影響はもっと愚かなものですw 波を粒子のように、互いの影響で全くの別運動をするものと、何故だかこの頭は考えてしまっていました。もちろん今では皆さんの御陰で、正しい理解ができました。変調・復調については少しかじりましたが、身の回りの技術のメカニズムが分かると面白い物ですよね。


４、そう、まさにそれです！僕の所属している学科でロボットハンドを研究しているラボがあるのですが、ロボットレベルで考えれば、はっきり言って本数は数的に空間体積と稼動方向を増減させるだけで、一本一本の意味に違いが全く感じられず、４本と５本と６本と変わりがないように見えてしまうのです。　小指の例で、nazunazuさんがおっしゃる通り、実際の人間は５本の指が数的なだけでなく、各々が特別な役割を持ち、互いにそれを補い合い、総体として見事に機能しています。　そこに特別な何かを感じ、この質問に至ったのです。

そもそも、足の指と手の指では機能性に天地の差があるにも関わらず数は同じです。単に、利便性による進化だとしたらそう簡単にすっきり納得できるものではありませんよね。


なにはともあれ、貴重なお話ありがとうございます！

お礼日時：2010/03/28 08:17

No.6 回答者： debukuro 回答日時： 2010/03/28 08:47

質量保存の法則とエネルギー保存の法則は保存の法則は独立した異なる法則ではなく同じ性質ものと捉えられています

現在では質量エネルギー保存の法則と呼ばれています
有名な質量エネルギーの変換方程式は核反応だけではなくすべてのエネルギーの移動に合っているのです
１グラムの質量が石炭１０００トンを燃やして得られるエネルギーに相当するのですから私たちが食べ物から得たエネルギーに相当する質量は実用上ゼロです

No.7 回答者： noname#123390 回答日時： 2010/03/28 17:57

1.人体の周囲の空気は体温で常に暖められています。

その空気の層が風ではがされて、低温の空気に取って代わられるので寒くなるのだと思います。
２．電磁波相互間の干渉はその波長の近さによって起こるもので、ある程度離れていれば、殆ど起こらないと考えていいと思います。あとは受信側での特定周波の分離性能によるところが大きいのでしょう。昔の中波放送では周波数の近接もありLC回路による分離では性能も悪く混信がひどかったようですが、最近の極超短波では周波数の差そのものが各段に広く取れ、分離性能も良くなっています。したがって問題は殆どないようです。
３．食物は殆どが水分で出来ています。摂取された水分は小便や代弁以外にも多くが身体全体から放散されていますので、入出量の見かけの差が出るのだろうと思います。あと体内燃焼によりエネルギーになる分(熱量、廃ガス）も無視できないでしょう。物質を燃やせばひどく残量が減ることからご理解願います。
４．５本になった指を持った個体が他よりも結果として生命力が比較的強く、生き残ったということでしょう。
他の回答者さまと重複するところがあればごめんなさい。