生物のからだのはたらきの問題

10 人が輪になって、となりの人と手をつないだ。1 人目の人が右手でストップウォッチをスタートさせると同時に、左手でとなりの人の右手をにぎった。手をにぎられた人は、すぐに左手でとなりの人の右手をにぎる。これを順に続け、最後に 1 人目の人が右手をにぎられたら、すぐにストップウォッチを止めた。この実験を 3 回行ったところ、記録は次のようになった。

3 回の記録の平均が、10 人がそれぞれ 1 回ずつ反応するのにかかった時間の合計であり、1 人あたりの反応時間はみな同じであるとする。1 人あたりの反応時間は何秒か。

何人かが輪になって手をつなぎ、次の実験を行った。

1 人目の人がストップウォッチをスタートさせると同時に、となりの人の手をにぎる。手をにぎられた人は、にぎられたらすぐに反対の手でさらにとなりの人の手をにぎる。これを順に行い、最後の人が 1 人目の人の手をにぎったら、1 人目の人はすぐにストップウォッチを止める。

• 10 人で行ったとき、ストップウォッチの示した時間は $2.7$ 秒であった。
• 16 人で行ったとき、ストップウォッチの示した時間は $4.2$ 秒であった。

1 人目の人がストップウォッチをスタートさせ、手をにぎられてから止めるまでにかかる時間は人数によらず一定であり、1 人目以外の人が手をにぎられてからとなりの人の手をにぎるまでの時間は、どの人も同じであるとする。

また、1 人目以外の人が手をにぎられてからとなりの人の手をにぎるまでの間に、信号は手の皮膚から感覚神経とせきずいを通って脳まで $0.9\text{m}$、脳からせきずいと運動神経を通って反対の手の筋肉まで $0.9\text{m}$ 伝わるものとし、神経を信号が伝わる速さは $60\text{m/s}$ とする。残りの時間はすべて脳で判断して命令を出すのにかかる時間であるとすると、1 人あたりの脳で判断して命令を出すのにかかる時間は何秒ですか。

ある人が安静にしているとき、手首で脈拍を数えたところ、15 秒間に 18 回であった。この人の心臓の左心室は、1 回の拍動で $80\text{mL}$ の血液を大動脈へ送り出すものとする。また、この人の体内を流れる血液の量は全部で $4.8\text{L}$ とする。

この人の左心室から送り出される血液の量が、体内の血液の量 $4.8\text{L}$ と等しくなるのにかかる時間は何秒ですか。

ただし、脈拍の回数は心臓の拍動の回数と等しく、拍動の速さと 1 回に送り出す血液の量はつねに一定であるものとする。

ある人について、刺激を受けてから反応するまでの時間を調べる実験を行った。

この人は右手の人さし指をボタンの上に置き、目を閉じて座った。別の人が、この人の皮膚を細い棒で軽くふれた。この人は、ふれられたと感じたらすぐに右手の人さし指でボタンをおした。ふれてからボタンがおされるまでの時間を、ふれる場所を変えて 5 回ずつはかったところ、結果は次のようになった。

• 右肩の皮膚にふれたとき：$0.18$ 秒，$0.20$ 秒，$0.19$ 秒，$0.19$ 秒，$0.19$ 秒
• 右手の指先の皮膚にふれたとき：$0.21$ 秒，$0.20$ 秒，$0.21$ 秒，$0.20$ 秒，$0.21$ 秒

指先で受けとった刺激の信号は、感覚神経を通って右肩の位置を通り、その先は右肩にふれたときと同じ道すじで伝わるものとする。指先から右肩までの感覚神経の長さは $0.80\text{m}$ である。

次に、この人の右手の指先が熱いものにふれ、意識とは関係なく手を引っこめる反射が起こった場合を考える。このとき信号は、指先から感覚神経を通ってせきずいまで $1.0\text{m}$ 伝わり、せきずいで $0.008$ 秒かけて命令の信号に切りかえられ、せきずいから運動神経を通って腕の筋肉まで $0.60\text{m}$ 伝わる。

感覚神経と運動神経で信号が伝わる速さはどちらも同じで一定であり、実験の 5 回の平均から求められる速さに等しいものとする。指先が熱いものにふれてから、信号が腕の筋肉に届くまでの時間は何秒ですか。

ある植物の苗を温度が一定の部屋で育て、植物全体にふくまれる有機物（デンプンなど）の質量の変化を調べたところ、次のことがわかった。

• 光を当てているとき：植物全体の有機物の質量は、1 時間あたり $9\text{mg}$ ずつ増加した。
• 光を当てていないとき：植物全体の有機物の質量は、1 時間あたり $3\text{mg}$ ずつ減少した。

この植物に、1 日（24 時間）のうち何時間か光を当て、残りの時間は光を当てないようにする。1 日たったときに植物全体の有機物の質量が、はじめと比べて増えも減りもしないようにするには、1 日に何時間光を当てればよいですか。ただし、光を当てているときと当てていないときの有機物の質量の変化の割合は、それぞれ上の値のまま一定であるものとする。