リンゴをかじるときと、口の中の食べ物を細かくするときでは、主に使う歯の場所が違います。歯はただ硬い部品が並んでいるのではなく、形の違いが働きの違いと結び付きます。乳歯と永久歯の本数を数える問題から一歩進み、図に示された歯の先端や面を見て、どのような作用に向くかを考えましょう。
切るための縁と、すりつぶすための面
前方の切歯は、食べ物をかみ切るのに適した形です。奥の臼歯には広い面があり、食べ物を砕いたりすりつぶしたりする働きがあります。犬歯は先端がとがった形をしています。実際のかむ動作では、歯だけでなく、あごの動き、舌、だ液などが一緒に働きます。「この歯一本だけで食事のすべてを処理する」と考えないようにします。
形と働きを結ぶときに、「前歯は薄いから弱い」という一方向の評価はできません。薄い縁には、力を狭い範囲へ集中させやすい利点があります。広い面には、食べ物を間に挟んで砕く仕事に向く面があります。道具でも、包丁とすり鉢は優劣だけで比べるものではありません。異なる仕事に適した形になっています。
力の大きさと、力がかかる広さ
同じ大きさの力を加えても、接触面積が違えば、単位面積当たりにかかる力が変わります。押す力を広い板で受け止める場合と、細い縁で受け止める場合の違いです。歯の働きを圧力の知識と結び付けるときは、まず「同じ力」という条件を確認してください。実際の前歯と奥歯のかむ力が常に同じということではありません。
以下の数値は歯の実測値ではなく、模型の接触面を比較するためのものです。食べ物は押すと形が変わり、接する面積も変化します。単純な計算結果を、そのまま人体のかむ力や食べられる硬さに置き換えることはできません。
例題1｜狭い面に力をかける
同じ20Nの力で、Aの面積2cm²とBの面積5cm²を押す模型があります。一平方センチメートル当たりの力を比べてください。
Aは20÷2＝10N/cm²、Bは20÷5＝4N/cm²です。Aの方が単位面積当たりの力は大きく、Bの2.5倍です。全体の力はどちらも20Nで変わっていません。Aの方が「力そのものが増えた」と説明すると、全体と単位面積当たりを混同します。細い縁を持つ道具の働きを考えるときにも、この区別が役立ちます。
例題2｜形から働きを説明する
歯の模式図Pは先が平たい薄い縁、Qはかみ合う側に広い面と凹凸を持っています。食べ物を一口分に切り取る働きに向くのはどちらですか。また、もう一方の形が役立つ働きを答えてください。
切り取る働きに向くのはPです。Qは食べ物を間に挟み、砕いたりすりつぶしたりする働きに向きます。「Pは前にあるから」という位置だけの説明ではなく、薄い縁と広い面という観察できる形を理由に含めます。上下の図が逆に配置されていても、先端の特徴から同じ結論を導けます。
かみ砕くことは、消化を助ける
食べ物を細かくすると、だ液と混ざりやすくなり、消化液が接する表面も広がります。ただし、細かく砕く操作だけで、でんぷんがすべて糖へ変わったとはいえません。歯による物理的な処理と、消化酵素による化学的な変化は別です。ご飯を小さくちぎっただけで、材料の名前まで別物になるわけではないと考えると整理できます。
また、かむ回数と消化の程度の関係を調べる実験では、食べ物の種類や一口の量もそろえなければなりません。一方が柔らかいご飯、もう一方が硬いせんべいなら、回数だけの影響を比較できません。人の食事を無理に変える実験を行うのではなく、設問の条件が公平かを紙上で確かめます。
動物の歯と比べるときの注意
動物の歯の図から食性を考える問題では、切る面、とがった先、すり合わせる面を見比べます。ただし、一か所がとがっているという理由だけで、必ず肉だけを食べると断定するのは広げすぎです。歯並び全体や、本文に書かれた食べ物の情報も合わせます。ヒトにも複数の形の歯があることが、その注意を思い出す手がかりになります。
本数の表と形の図が同時に出たら、問いが「いくつあるか」なのか「どう働くか」なのかを切り分けましょう。本数が多い方が必ず一回で細かくできる、という関係は与えられていません。形、力、動き、食べ物という複数の条件のうち、今回比較しているものを絞って説明することが、人体と物理をつなぐ問題の読み方になります。
図を読み直すときの補足
同じ歯の写真でも、正面からと真上からでは目立つ特徴が違います。正面から見て平たく見えた部分が、上から見ると広いかみ合わせの面を持つ場合もあります。歯の模型を分類する設問では、一方向の輪郭だけでなく、食べ物と接する側の面を見ることが大切です。断面図と表面図が両方あるなら、どちらが何を示すかを対応させて読みましょう。
さらに、接触面積を小さくする計算では、材料が壊れないと仮定しています。現物では押された食べ物が割れたり、つぶれたりして面積が変わるため、最初の値だけで全過程を説明できるとは限りません。模型で求めた十ニュートン毎平方センチメートルは、指定された面積での値です。かむ途中で変わる条件まで固定されていると、勝手に読み足さないことが必要です。