חיוך בפיזיולוגיה הוא הבעת פנים הנוצרת על ידי מתיחת שרירים, במיוחד אלה הנמצאים משני צידי הפה, אבל גם סביב העיניים. בין בני אדם חיוך הוא בדרך כלל ביטוי להנאה, או שעשוע, אבל הוא יכול להיות אף ביטוי בלתי רצוני לחרדה, במקרים שכאלה החיוך נקרא עווית.
החיוך במחקר.
קיימים ממצאים מחקריים המצביעים על כך שחיוך הוא תגובה נורמלית לגירויים מסוימים, המתרחשת ללא קשר לתרבות. תחושת שמחה גורמת בדרך כלל לחיוך. מחקרים רבים מצביעים על כך שחיוך הוא תגובה הטבועה באדם מעת לידתו (להבדיל מתגובה נלמדת) המופיעה אף בתינוקות עיוורים מלידה ואף נמצא כי עוברים מחייכים ברחם אימם. תינוקות מחייכים בימיהם הראשונים לחיים אף ללא כל גירוי סביבתי. בין החיות חשיפת שיניים, הדומה לעיתים לחיוך, היא בדרך כלל סימן לאיום, או להכנעה.
לחלק מן האנשים, בעת חיוך, נוצרות גומות חן בצידי הלחיים, זאת בגלל השריר בלחיים, המתכווץ וגורם להופעתן.
חיוך אינו רק משנה את הבעת הפנים אלא יכול אף לגרום למוח לייצר אנדורפינים, המפחיתים תחושת כאב פיזי ונפשי ויוצרים תחושת רווחה.
חקר הפסיכולוגיה של החיוך הוא תחום מחקר מתפתח בעל השלכות בתחומים רבים. כך למשל, בתחום רפואת השיניים קיים עניין רב בשאלה: איזה מראה שיניים יפה יותר בחיוך בפה פתוח?
סוגי חיוכים.
חוקרים הבחינו בין מספר סוגים שונים של חיוכים:
אלקטרונים בלתי קושרים
אלקטרונים בלתי קושרים או זוג אלקטרונים לא קושר הם מונחים בכימיה המתארים זוג של אלקטרונים המאכלסים אורביטל מולקולרי בקליפת הערכיות של אטום, שאינם משתתפים בקשר כימי. זוג האלקטרונים מאכלס את האורביטל על פי כלל פאולי, כך שלכל אלקטרון ספין הפוך. לעיתים קרובות, זוגות האלקטרונים הם בעלי צפיפות מטען שלילי גבוהה ולכן עשויים להפגין תכונות של נוקלאופילים או בסיסי לואיס ולהשתתף בתגובות כימיות שונות.
שינוי זוויתי.
אלקטרונים בלתי-קושרים מבטאים לרוב קטביות שלילית בשל צפיפות מטען גבוהה, ונמצאים קרוב יותר לגרעין האטום בממוצע מאשר אלקטרונים קושרים. נוכחות של אלקטרונים בלתי-קושרים מקטינה את זווית הקשר בין אלקטרונים קושרים. כמו כן, הם משמשים עבור יצירת קשר קואורדנטיבי.
דוגמאות.
זוג יחיד של אלקטרונים בלתי-קושרים נמצא בתרכובות של יסודות מהטור החמישי, כמו אמוניה. שני זוגות של אלקטרונים בלתי-קושרים נמצא בתרכובות של יסודות מהטור השישי, כמו חמצן במים. ההלוגנים יכולים להיות עם שלשה אלקטרונים בלתי-קושרים, לדוגמה במימן כלורי (HCl).
זוג אלקטרונים לא קושר
אלקטרונים לא קושרים
עמילואיד
עמילואיד הוא מונח בביוכימיה המתאר משקע בלתי מסיס של חלבון המופיע במספר רב של מחלות כגון מחלת אלצהיימר, מחלת קרויצפלד יקוב, מחלת פרקינסון, סוכרת מסוג 2, קטרקט ועוד.
התהליך של יצירת משקע עמילן בלתי מסיס מתרחש במולקולות חלבון שהמבנה התקין שלהם כולל אזורים של יריעת ביתא שעוברות התקפלות חלקית. במספר קטן של מולקולות אזורי יריעת ביתא של פוליפפטיד אחד נקשרים לאזור המקביל בפוליפפטיד אחר לפני השלמת ההתקפלות, ויוצרים גרעין של עמילואיד. מולקולות חלבון נוספות נקשרות לעמילואיד, המתארך בהדרגה והופך לסיב.
פירוש השם עמילואיד הוא "דמוי עמילן", זאת מכיוון שעמילואידים נצבעים על ידי יוד באופן הדומה לצביעתו של עמילן. למשקע העמילואידי מבנה של סיבים בעלי עובי של מספר ננומטרים והוא בעל עמידות גבוהה בפני פרוטאזות ולכן אינו מתפרק בגוף. מחקרים רבים משייכים לעמילואידים תכונות פתוגניות ומראים כי הם מעורבים במחלות רבות הקשורות בזקנה.
מחשב אנלוגי
מחשב אנלוגי הוא סוג מחשב העושה שימוש בתופעות חשמליות או מכניות
על מנת לפתור בעיות שונות. לרוב נעשה שימוש ביחידות פיזיקליות מסוימות על מנת לייצג יחידות אחרות. מחשבים אנלוגיים שימשו בראשית ימי המחשבים, אך השימוש בהם כיום מצומצם ביותר יחסית לשימוש במחשבים הספרתיים.
רקע.
בין רכיבים מכניים כמו קפיץ ובוכנת שיכוך (Dashpot), לבין רכיבים חשמליים דוגמת הקבל, הסליל והנגד מתקיים דמיון בהיבט המתמטי: ניתן למדל את הרכיבים באמצעות משוואות מאותו סוג. ההבדל בין הרכיבים הוא שהופך מחשוב אנלוגי לרב תועלת. אם ניקח לדוגמה מערכת מסה-קפיץ פשוטה, בניית המערכת הפיזיקלית תדרוש קניית קפיצים ומסות. הבנייה תהיה כרוכה בחיבור המסות והקפיצים תוך חיבור ציוד מדידה בעל טווח מדידה מתאים. לבסוף, יהיה צורך לבצע את המדידות עצמן.
המערכת החשמלית ניתנת להרכבה באמצעות מספר מגברים אופרטיביים ובאמצעות מספר רכיבים ליניארים פסיביים. כל המדידות מבוצעות ישירות באמצעות אוסצילוסקופ. המסה של הקפיץ עוברת התמרה לנגד חשמלי וניתנת לשינוי באמצעות הזזת פוטנציומטר. יתרונותיה של המערכת האנלוגית גלומים בהיותה זולה יותר לבנייה, בטוחה וקלה לשינוי. המחשב החשמלי האנלוגי הוא גם מהיר מאוד, מאחר שחישובים מבוצעים בקצב שבו האות עובר במעגל.
החיסרון שבאנלוג האלקטרו-מכני טמון בכך שהאלקטרוניקה מוגבלת לטווח הערכים שבו המשתנים יכולים לנוע. טווח זה מכונה טווח דינמי. מגבלה נוספת היא רעש. המגבלה העיקרית של המחשב האנלוגי הוא טווח הבעיות המצומצם ביותר שהוא מסוגל לפתור, יחסית לגמישות הרבה של מחשב ספרתי.
באמצעות המעגלים החשמליים ניתן לבצע הדמיות שונות. למשל, לחץ מים יכול להיות מותמר על ידי מתח וזרימת מים ביחידות גאלון בשנייה יכולה להיות מותמר על ידי יחידות אמפר.
קיים בלבול מסוים בכל הנוגע למערכות חשמליות אנלוגיות וספרתיות. מערכות אנלוגיות לעיתים נתפשות רק כרציפות ומשתנות בזמן. על פי הדיון לעיל, אין זה נכון, שכן פונקציות שאינן רציפות יכולות להיות ממודלות גם כן. למעשה, המונח "ספרתי" הוא בעל הגדרה טכנית מדויקת. בהקשר של מעגלים חשמליים, מתייחס המונח לשימוש ברמות מתח דיסקרטיות כקודים לסמלים ולשימוש בסמלים אלה בעת הפעולה של המחשב הספרתי.
המחשב האלקטרוני אנלוגי משנה את הכמויות הפיזיות של מתח או זרם. כתוצאה מכך, הדיוק של קריאות מחשב אנלוגי מוגבל רק על ידי יכולת הקוואנטיזציה של ציוד הקריאה. הדיוק של המחשב הספרתי חייב להיות סופי, אך הדיוק של התוצאה מוגבל רק על ידי הזמן.
קיים התקן ביניים, המכונה מחשב היברידי, המשלב בין המחשב הספרתי לאנלוגי. מחשבים היברידיים משמשים להשגת תוצאה מאוד מדויקת. המחשב ההיברידי מהיר יותר ממקבילו הספרתי ומספק דיוק רב יותר ממקבילו האנלוגי. הוא שימושי בתחום זמן האמת.
דוגמאות:
מנגנונים.
חישובים במחשבים אנלוגיים מבוצעים תכופות תוך שימוש בתכונות של ההתנגדות החשמלית, המתח ועוד. למשל, מסכם בעל שני משתנים יכול להיווצר על ידי שני מקורות זרם במקביל. הערך הראשון נקבע על ידי התאמת מקור הזרם הראשון (לערך של "x" מיליאמפר) והתאמת מקור הזרם השני (לערך של "y" מיליאמפר). מדידת הזרם של השניים בצומת המפגש של שניהם תפיק את הסכום (ראו חוקי המעגלים של קירכהוף). חישובים אחרים מבוצעים באופן דומה, תוך שימוש במגברים אופרטיביים ובמעגלים מיוחדים למטלות אחרות.
משמעות השימוש בתכונות חשמליות היא שחישובים בדרך כלל מבוצעים בזמן אמת (או מהר יותר), ללא העיכובים האופייניים למחשבים הספרתיים. התכונה הזו מאפשרת חישובים מסוימים שהם באופן השוואתי "מורכבים" מדי עבור מחשבים ספרתיים. למשל אינטגרציה המבוצעת על צורת הגל של המתח באמצעות קבל אשר אוגר מטען לאורך זמן.
פונקציות לא ליניאריות וחישובים יכולים להעשות עד כדי דיוק מוגבל (של 3 או 4 ספרות) על ידי תכנון מחוללי פונקציות - מעגלים מיוחדים עם צירופים מגוונים של קיבול, תגובה, התנגדות ודיודות זנר. באופן כללי, פונקציה לא ליניארית מסומלצת על ידי צורת גל לא ליניארית שצורתה משתנה כתלות במתח (או בזרם). למשל, כשהמתח גדל, האימפדנס הכולל עשוי להשתנות שכן הדיודות מאפשרות, בזו אחר זו, לזרם לזרום.
כל תהליך פיזיקלי הממדל חישוב כלשהו יכול להתפרש כמחשב אנלוגי. חלק מהדוגמאות, שהומצאו למטרת המחשת העקרון של חישוב אנלוגי, כוללות שימוש בצרור של ספגטי כמודל ל"מיון מספרים". לוח, אוסף מסמרים וגומייה יכולים לשמש כמודל למציאת "הקמור של אוסף נקודות". מיתרים קשורים יחד ממדלים "מציאת מסלול קצר ביותר ברשת".
רכיבים.
מחשבים אנלוגיים הם לרוב מורכבים ביותר אולם בגרעין שלהם קיים אוסף של מרכיבי מפתח אשר מבצעים את החישובים, שהמפעיל משנה דרך הפריימוורק של המחשב.
מרכיבים הידרוליים חשובים הם צינורות ושסתומים. מרכיבים מכניים עשויים לכלול ידיות וגלגלי שיניים. מרכיבים חשמליים עשויים להיות:
הפעולות המתמטיות הבסיסיות במחשב אנלוגי הן:
שמגביר את הרעש המכיל תדרים גבוהים.
מגבלות.
מחשבים אנלוגיים מוגבלים על ידי תופעות לא אידיאליות. אות אנלוגי מורכב מארבעה רכיבים בסיסיים: מגניטודות DC, מגניטודות AC, תדר ופאזה. המגבלות של מחשבים אנלוגיים נובעים מהמגבלות על הטווח של מאפיינים אלה. חלק מהמגבלות הן רצפת רעש, אי-ליניאריות, מקדמי טמפרטורה, תופעות פרזיטיות בהתקני מוליכים למחצה והמטען הסופי של אלקטרון.
כיום כמעט בכל השימושים עושים שימוש במחשבים דיגיטליים ולא במחשבים אנלוגיים.
מחקר עדכני.
בעוד שהמחשוב הדיגיטלי פופולרי למדי, מחקר בכיוון של מחשוב אנלוגי מתבצע כיום על ידי קומץ אנשים ברחבי העולם. בארצות הברית, ג'ונתן מילס שוקד על מחקר תוך שימוש במחשבים אנלוגיים מורחבים. במעבדת הרובוטיקה של הרווארד מחשוב אנלוגי מהווה נושא מחקר.
דוגמאות מעשיות.
להלן דוגמאות של מחשבים אנלוגיים אשר נבנו או היו בשימוש מעשי:
מחשבים ממשיים.