生物のからだのはたらきの問題

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。

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。

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。

ある人のあしの筋肉に流れこむ動脈血には、血液 1 mL あたり 0.20 mL の酸素がふくまれていた。また、あしの筋肉から出ていく静脈血には、血液 1 mL あたり 0.14 mL の酸素がふくまれていた。この筋肉には、1 分間に 500 mL の血液が流れたとする。

血液がふくむ酸素の量が減った分は、すべて筋肉の細胞が受けとったものとすると、この筋肉の細胞が 1 分間に受けとった酸素は何 mL ですか。

A さんをふくむ 8 人が輪になって手をつなぎ、次の実験を行った。

1. A さんは右手にストップウォッチを持ち、左手でとなりの人の右手をにぎると同時にストップウォッチをスタートさせる。
2. 右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。これを順に続ける。
3. 最後の人が A さんの右手首をにぎったら、A さんはすぐにストップウォッチを止める。

この実験を 3 回行ったところ、ストップウォッチの記録は $2.42$ 秒、$2.38$ 秒、$2.40$ 秒であった。3 回の記録の平均から考えると、1 人が手をにぎられてから次の人の手をにぎるまでにかかる時間は何秒ですか。ただし、A さんが右手首をにぎられてからストップウォッチを止めるまでの時間も、ほかの人が手をにぎられてから次の人の手をにぎるまでの時間と同じとし、8 人ともこの時間は等しいものとする。