给大家出个经典的谜语:四四方方一座城,城里住满圆头兵;出门撞在城墙上,燃烧自己放光明──打一日常用品。
谜底很容易猜到:火柴。
说起火柴,我们小时候都玩过用火柴盒打电话的游戏。把火柴盒用一根长绵线串上,在绵线的另一端打成一个绳结,将一根高粱秆从结环中穿过。一个人拿着火柴盒站在墙的这边,另一个人拿着高粱秆站在墙的那边。二人相隔一堵墙,站得较远。俩人拉紧连绵线,高粱秆那一端的人旋转高粱秆使其在结环里转动,火柴盒那边就会发出一种清晰的“咯吱吱”的声音。如果效果不明显,就可以在结环处用水打湿绵线(我用唾沫),这样摩擦的声音更大、更清脆。火柴盒那边的孩子们就会把耳朵放在火柴盒上听。俩人还要轮流换位来“打电话”和“接听电话”(图1)。
图1 火柴盒“打电话”
现代医学听诊器的原理跟火柴盒电话的道理十分相似。听诊是用耳朵或听诊器来探听人体内自行发出的声音。多用于听心音、呼吸音等。常用的听诊器具有集音作用,同时还具有滤波作用。通过听诊,医护人员可根据声音的特性与变化(如声音的频率高低、强弱、间隔时间、杂音等)来诊断相关脏器有无病变。听诊器是内外科、妇儿科医师最常用的诊断用具,是医师的标志。在听诊器发明之前,医生要想听诊,就得把耳朵紧紧贴在人体上,难免有些尴尬和不便。
图2 听诊器发明之前的听诊方法
听诊器是1816年由法国医师雷奈克发明的。当时,雷奈克为一胸痛的肥胖病人看病,他将耳朵贴在病人的胸前,但是病人肥胖的胸部,隔音效果太强了,听不到从内部传出来的声音。雷奈克非常懊恼,在小路上漫步也在思考这个问题。正好有两个小孩蹲在一条长木梁两端游戏,一个小孩敲他那一端木梁,另一端的孩子则把耳朵贴在木梁上,静听彼端传来的声音。雷奈克思路顿开,立刻返回医院,用纸卷成圆锥筒,用宽大的锥底置于病人的胸部,倾听了一阵,惊喜地发现,可以听到病人胸部内的声音了。
经过多次试验,试用了金属、纸、木等材料不同长短形状的棒或筒,雷奈克最后改进制成了长约30厘米、中空、两端各有一个喇叭形的木质听筒。由于听筒的发明,使得雷奈克能诊断出许多不同的胸腔疾病,他也被后人尊为胸腔医学之父。雷奈克英年早逝,卒于1826年,享年45岁。生命虽短暂,荣誉永流传!雷奈克的好奇心和善于思考,给医学领域带来了革命性的便利和深远的影响。不管是医生还是患者,都将永远记住这位杰出的“胸腔医学之父”。
圆锥筒能放大声音,其原理是:(1)把锥形纸筒放在耳朵前,就能听到较微弱的声音,这是减小了声音的分散,增大了声音的响度;(2)当向远处喊话时,可以把手弄成喇叭状,这样减小了声音的分散,可以把声音传的更远。所以,喇叭和耳机总是呈圆锥形。听诊器的锥形听筒收集到微弱的心肺声音并放大,再通过导管将声音的振动传输到耳机,医生就能轻易地听到患者的心跳和呼吸等生理信号了,并由此诊断患者的健康状况了。
医生用听诊器时,不用把连线拉紧,而火柴盒电话的连线需要拉紧。其中的原因是连线材质的弹性模量、密度、粘弹性特性等不同。振动在刚性材质中比在柔性材质中更容易传播。随着微型传感器、无线通讯、远程医疗等技术的飞速发展,将来医生听诊就无需带着现在的听诊器去患者身边做检查了。
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