Контрольна робота - інфразвук та ультразвук

Подождите немного. Документ загружается.

Вступ

Зараз акустика, як область фізики розглядає більш широкий спектр пружних

коливань - від найнижчих до гранично високих, аж до 1012 - 1013 Гц. Не чутні людиною

звукові хвилі з частотами нижче 16 Гц називають інфразвуком, звукові хвилі з частотами

від 20 000 Гц до 109Гц - ультразвуком, а коливання з частотами вище ніж 109Гц

називають Гіперзвук.

Цим нечутним звукам знайшли багато застосувань.

Ультразвук та інфразвук мають дуже важливу роль і в живому світі. Так,

наприклад, риби та інші морські тварини чутливо вловлюють інфразвукові хвилі,

створювані штормовими хвилюваннями. Таким чином, вони заздалегідь відчувають

наближення шторму або циклону, і спливають в більш безпечне місце. Інфразвук - це

складова звуків ліси, моря, атмосфери.

Ультразвуки можуть видавати і сприймати такі тварини, як собаки, кішки,

дельфіни, мурашки, летючі миші та ін. Летючі миші під час польоту видають короткі

звуки високого тону. У своєму польоті, вони керуються відбитками цих звуків від

предметів, що зустрічаються на шляху; вони можуть навіть ловити комах, керуючись

тільки відлунням від своєї дрібної здобичі. Кішки і собаки можуть чути дуже високі звуки

свистячі (ультразвуки).

Проведені спостереження показали, що мурахи так само видають ультразвукові

сигнали з різними частотами у різних ситуаціях. Всі записані ці мурашині звукові сигнали

можна розділити на три групи: "сигнал лиха", "сигнал агресії" (під час боротьби) і

"харчові сигнали". Ці сигнали являють собою короткочасні імпульси, тривалістю від 10 до

100 мікросекунд. Мурахи видають звуки в порівняно широкому діапазоні частот - від 0,3

до 5 кілогерц.

Наприкінці 60-х років французький дослідник Гавро виявив, що інфразвук певних

частот може викликати в людини тривожність і занепокоєння. Інфразвук з частотою 7 Гц

смертельний для людини.

Дія інфразвуку може викликати головні болі, зниження уваги і працездатності і

навіть іноді порушення функції вестибулярного апарату.

Вперше ідея практичного використання ультразвуку виникла, як відомо, в першій

половині минулого століття у зв'язку з розробкою методів і приладів для виявлення в

глибині моря різних об'єктів: підводних човнів, рифів, підводних частин айсбергів і т.д. Це

було викликано перш за все загибеллю в 1912 р. "Титаніка" і почали участю підводних

човнів у військових операціях під час першої світової війни.

Ультразвук

Ультразвук — це механічні пружні коливання і хвилі, які відрізняються від звуку

вищою частотою коливань (понад 20 кГц) і не сприймаються вухом людини.

Ультразвукові коливання, як і звукові, поширюються у вигляді змінних стиснень і

розріджень і характеризуються довжиною хвилі, частотою і швидкістю поширення.

Частотна характеристика і довжина хвилі визначають особливості поширення коливань у

навколишньому середовищі (повітряному, рідинному і твердому) — від 1,12-Ю4 до 1,0-

109 Гц. Що вища частота ультразвукових коливань, то більше вони поглинаються

середовищем і менше заглиблюються у тканини людини. Поглинання ультразвуку

супроводжується нагріванням середовища. Швидкість поширення ультразвуку залежить

від властивостей середовища — його щільності, пружності, в'язкості та температури. Так,

у воді, особливо при підвищенні її температури, ультразвукові коливання поширюються

швидше, ніж у повітрі. При поширенні ультразвукових коливань у повітрі їх, як і звуки,

характеризують в одиницях звукового тиску — децибелах.

Ультразвуковий діапазон частот поділяють на низькочастотні коливання (1,12 • 104

— 1,0 • 105 Гц), які поширюються через повітря і контактно, і високочастотні (1,0 • 105—

1,0- 109 Гц), які поширюються тільки контактно.

Ультразвук застосовують у різних галузях народного господарства — металургії, машино-

і приладобудуванні, радіотехнічній, хімічній і легкій промисловості, медицині тощо.

Внаслідок поширення застосування ультразвуку збільшується кількість працюючих, які

перебувають під його впливом.

Для технічних і медичних цілей ультразвук одержують за допомогою спеціальних

пристроїв, де використовують п'єзоелектричний, магнітострикційний, електродинамічний,

аеро- і гідродинамічний ефекти. Основними елементами ультразвукового устаткування є

генератор і джерело ультразвукових коливань — акустичний перетворювач, вмонтований

у ванну, верстат, машину тощо. Ультразвукові коливання до 120-130 дБ можуть виникати

як супутні фактори при експлуатації технологічного і вентиляційного устаткування.

Режим генерації ультразвуку може бути безперервним та імпульсним.

При поширенні в середовищах ультразвук зумовлює механічний, термічний і

фізико-хімічні ефекти. Так, при поширенні ультразвуку в повітрі виникає термічний

ефект, що зумовлюється механічною дією ультразвуку (хвильовий рух газоподібних,

рідких і твердих частинок приводить до перетворення механічної енергії на теплову).

Механічний ефект супроводжується зміною акустичного тиску під час стиснення і

розрідження середовища силами, які розвиваються внаслідок великих прискорень

частинок. Цими властивостями визначається диспергуюча дія ультразвуку. Фізико-хімічні

ефекти пов'язані з кавітацією, виникненням зон стиснень і розриву внаслідок руху

пружних хвиль, які викликають утворення бульбашок, заповнених парами рідини і

розчиненим у ній газом. Під час проходження хвиль бульбашки зникають, підвищуються

температура і тиск у рідині, виникають місцеві ударні явища, іонізація, утворюються

гідроксильні радикали, атомарний кисень.

Механічний, термічний і фізико-хімічні ефекти, властиві для ультразвукових

коливань, широко використовують у різних галузях народного господарства для

адекватного впливу на речовини і технологічні процеси, структурного аналізу і контролю

фізико-механічних властивостей речовин і матеріалів, у дефектоскопії і медицині для

діагностики й лікування при багатьох захворюваннях. Завдяки високій біологічній

активності в медицині найчастіше застосовують високочастотні ультразвукові коливання.

У промисловості й техніці широко застосовують низькочастотний ультразвук (18-

44 кГц) великої інтенсивності (0,5-20 Вт/см2 і більше) для активного впливу на речовини і

прискорення технологічних процесів, для очищення і знежирювання деталей, емульгації,

подрібнення твердих речовин у рідинах, механічної обробки твердих матеріалів (різання),

зварювання металів і пластмас, паяння, прискорення хімічних реакцій тощо. У медицині

ультразвук застосовують для розтину і з'єднання біологічних тканин, стерилізації

інструментів, рук.

Вплив ультразвуку на організм людини

У виробничих умовах можливий вплив низькочастотного ультразвуку на

працюючих як через повітря, так і при безпосередньому контакті з рідким або твердим

середовищем зі збудженими коливаннями. Контактна дія спостерігається при утримуванні

інструмента, чи оброблюваної деталі (при лудінні та паянні), при завантажуванні виробів

в ультразвукові ванни і розвантажуванні їх, зварюванні та інших операціях. Розрізняють

короткочасну та періодичну контактну дію.

Ультразвукові коливання, які генеруються промисловим устаткуванням,

несприятливо впливають на організм людини. При тривалій систематичній дії

ультразвуку, який поширюється через повітря, можуть виникати порушення нервової,

серцево-судинної і ендокринної систем, слухового аналізатора, системи крові.

Характерним є розвиток вегетосудинної дистонії і астенії. Ступінь вираженості

змін, що відбуваються в організмі людини під впливом ультразвуку, залежить від

інтенсивності й тривалості його дії і може посилюватися за рахунок наявності у спектрі

високочастотного шуму і можливості контакту із середовищем, яке озвучується.

Біологічна дія ультразвуку на організм при контактному його передаванні залежить

від потужності ультразвукових коливань, їх частоти, тривалості дії, способу

випромінювання ультразвукової енергії (безперервного, імпульсного), чутливості тканин,

інтенсивності кровопостачання і стану метаболізму у тканинах. Поширюючись у тканинах

організму, ультразвукові хвилі впливають на фізико-хімічні та біологічні процеси, що

відбуваються в цих тканинах. Найчутливіші до дії контактного високочастотного

ультразвуку вегетативна і периферична нервові системи.

В осіб, які працюють в умовах інтенсивного ультразвуку, що супроводжується

шумом, поряд із змінами функцій нервової системи спостерігається зниження судинного

тонусу, особливо в місцях контакту з джерелами ультразвуку. Загальноцеребральні

порушення часто поєднуються з помірним вегетативним поліартритом рук, парезом

пальців, кистей і передпліччя. Іноді у працівників спостерігаються вестибулярні розлади,

підвищення температури тіла тощо.

Залежно від інтенсивності ультразвукових хвиль розрізняють три види ультразвуку

і впливу його на живі тканини:

1. Ультразвук малої інтенсивності (до 1,5Вт/см2). Викликає зміни фізико-хімічних реакцій

організму, прискорення обмінних процесів, слабке нагрівання тканини, мікромасаж і не

призводить до морфологічних порушень всередині клітин.

2. Ультразвук середньої інтенсивності (1,5-3 Вт/см2). Викликає реакцію пригнічення у

нервовій тканині. Швидкість відновлення функцій залежить від інтенсивності і тривалості

впливу ультразвуку.

3. Ультразвук великої інтенсивності. Викликає незворотне пригнічення аж до повного

руйнування тканини.

Ультразвук високочастотного діапазону викликає підвищення проникності судин

шкіри, що виражається гіперемією аж до крововиливів на поверхні шкіри (петехій).

Під час контактної дії ультразвуку підвищується серцевий ритм, помітно змінюється ЕКГ;

при збільшенні його інтенсивності виникає аритмія, а в окремих випадках — зупинка

серця (у піддослідних тварин). Аналогічні реакції спостерігаються і в людей: виникають

неприємні відчуття при озвучуванні грудної клітки, згодом розвиваються тахікардія та

стенокардія.

Високочастотний ультразвук малої інтенсивності (0,2-1,0 Вт/см2) викликає

судинорозширювальний ефект, великої (3,0 Вт/см2 і більше) — судинозвужувальний. При

цьому змінюється тонус артерій: ультразвук малої інтенсивності дає гіпотензивний ефект,

при збільшенні його інтенсивності виникає артеріальна гіпертензія.

Зміни в нирках, печінці, статевих органах, ендокринних залозах відбуваються

внаслідок впливу ультразвуку на гіпоталамус, який регулює діяльність внутрішніх органів

рефлекторним і нейрогуморальним шляхами. Спостерігається зміна морфологічної

картини крові; зменшується кількість еритроцитів та лейкоцитів. Зміни нагадують такі, що

відбуваються під впливом радіоактивного випромінювання. Виявляються вегетативно-

судинні ураження рук (парез пальців, кистей і передпліччя, вегетативний поліневрит).

Ступінь вираженості патології залежить від рівня ультразвукового тиску. Негативні

наслідки більшою мірою виражаються у працівників, які зазнають одночасного впливу

ультразвуку через повітря і контактно. Істотно підвищує негативний вплив ультразвуку

шум чутного діапазону.

Профілактика негативного впливу ультразвуку

При обслуговуванні ультразвукового обладнання профілактичні заходи

передбачають попередження контактного озвучування через тверді та рідкі середовища і

боротьбу з поширенням ультразвуку й шуму в повітрі робочої зони. Ультразвукове

устаткування слід обладнувати звукоізолюючими кожухами, конструкції ультразвукових

верстатів і устаткування для зварювання та паяння повинні мати екрани з органічного

скла, які забезпечують зниження рівнів звукового тиску на робочих місцях. Забороняється

контакт з робочими поверхнями устаткування у процесі його роботи, з оброблюваними

рідинами і деталями. Для боротьби з контактним озвучуванням слід застосовувати

дистанційне керування, автоблокування, тобто автоматичне вимкнення устаткування і

приладів при завантажуванні та розвантажуванні продукції, нанесенні контактних мастил,

а також спеціальні пристрої для завантажування і виймання деталей, затискачі, щипці,

ручки яких повинні мати еластичне покриття, що поглинає ультразвук.

Індивідуальний захист органу слуху досягається застосуванням протишумів. Для захисту

рук від впливу ультразвуку в зоні контакту з твердим або рідким середовищем слід

застосовувати захисні рукавички. До роботи з ультразвуковим устаткуванням

допускаються особи віком понад 18 років.

Інфразвук

Під інфразвуком розуміють акустичні коливання з частотою до 20 Гц. Фізична

природа чутного звуку, ультразвуку та інфразвуку однакова, їх поділ зумовлений

особливостями сприйняття їх слуховим аналізатором людини. Для інфразвуку характерні

дуже великі пороги слухового сприйняття, що робить його практично нечутним. Фізичні

особливості інфразвукових коливань зумовлені їх малою частотою і великою довжиною

хвиль. Характерною ознакою інфразвуку є його здатність поширюватися на значну

відстань без істотної втрати енергії, огинати перепони внаслідок дифракції або проникати

крізь них.

За характером спектра інфразвук поділяють на широкосмуговий з безперервним спектром

завширшки понад октаву і гармонічний, у спектрі якого є виражені дискретні складові.

Гармонічний характер інфразвуку встановлюють в октавних смугах частот за

перевищенням рівня в одній смузі над сусідніми щонайменше на 10 дБ.

Джерелами інфразвуку можуть бути природні явища: вітер, грозові розряди,

морські хвилі, процеси, що відбуваються в земній корі (обвали, землетруси, виверження

вулканів тощо). При цьому в окремих випадках рівень звукового тиску в інфразвуковому

діапазоні частот може досягати 140 дБ.

Інфразвукові складові, як правило, присутні у спектрі шуму, який генерується

промисловими установками і транспортними засобами. Рівень інфразвукового тиску на

робочих місцях операторів цехового устаткування становить 78-90 дБ, під час роботи

автотранспорту — 97-110 дБ, залізничного — 78-97 дБ, водного — 75-99 дБ, портового

устаткування — 79-91 дБ. Проте тенденція до збільшення потужності й габаритних

розмірів машин і механізмів може призвести у найближчому майбутньому до істотного

підвищення рівнів промислового інфразвуку. Вже зараз є джерела, які генерують рівень

інфразвуку близько 95-150 дБ.

Біологічна дія інфразвуку на людину

Інфразвук сприймається слуховим аналізатором, однак пороги чутності його

значно вищі, ніж звуку. При сприйнятті інфразвуку втрачається відчуття тональності, а

сприймаються тільки окремі поштовхи звукового тиску. Крім слухового аналізатора

інфразвукові коливання сприймають вестибулярний і шкірний аналізатори.

В осіб, які працюють в умовах дії інфразвуку з найпоширенішими у промисловості

рівнями тиску 90-110 дБ, специфічної патології не виявлялося. Працівники скаржились на

млявість, пригніченість, швидке втомлення. У них спостерігалися значні зміни функції

вестибулярного і слухового аналізаторів, дихальної і серцево-судинної систем.

Інфразвук має подразнюючу дію, що найбільшою мірою виявляється при виконанні

роботи у приміщеннях без джерел шуму. За цих умов інфразвук може призвести до

швидкої втоми і знизити якість виконуваної роботи. Відомі дані і про маскуючий ефект

інфразвуку, який призводить до зниження розбірливості мови. Клініко-фізіологіч-них

даних про дію інфразвуку з великими рівнями звукового тиску у промислових умовах

поки що немає, хоча в окремих випадках його рівень може сягати 150 дБ.

Експериментальні дані, одержані під час короткочасного впливу інфразвуку цих рівнів на

людину, свідчать про його виражену дію: підвищення слухового порога, погіршення

функції рівноваги, зміну ритму серцевих скорочень і артеріального тиску,

функціонального стану центральної нервової системи.

Експериментальні дані, одержані в результаті досліджень на тваринах, свідчать про

те, що за тривалої дії інфразвуку з великими рівнями тиску виявляються патологічні зміни

у біохімічних, імунологічних і морфологічних показниках. Встановлено, що рівні

інфразвуку понад 180 дБ смертельні. Потенціальна небезпека інфразвукових коливань

визначає необхідність нормування інфразвуку на робочих місцях.

Боротьба з несприятливим впливом виробничого інфразвуку охоплює комплекс заходів,

які належать до технічної і медичної компетенції. Розглянемо окремі з них.

1. Ослаблення інфразвуку в межах джерела, усунення причин його виникнення, що є

найрадикальнішим способом боротьби з низькочастотними коливаннями машин і

механізмів.

2. Ізоляція інфразвуку. Важливе місце у боротьбі з інфразвуком належить методам

будівельної акустики. Велике значення має раціональне планування і розміщення

виробничого устаткування, ізоляція в окремих приміщеннях агрегатів — джерел шуму та

інфразвуку. Водночас слід наголосити, що застосування звукопоглинаючого оздоблення

звичайного типу практично не ослаблює енергії звукових коливань.

3. Поглинання інфразвуку. Для цього застосовують багатошарові звукопоглинаючі

покриття.

4. Медична профілактика. Одним з найважливіших заходів медичної профілактики

шкідливого впливу інфразвуку є здійснення запобіжних і періодичних медичних оглядів.

Протипоказаннями для прийняття на роботу є порушення вестибулярної і слухової

функції, виражені неврози, вегетативна дисфункція, захворювання центральної нервової

та серцево-судинної систем, органів травлення.

Висновок

Ультразвук — це механічні пружні коливання і хвилі, які відрізняються від звуку

вищою частотою коливань (понад 20 кГц) і не сприймаються вухом людини.

Ультразвукові коливання, як і звукові, поширюються у вигляді змінних стиснень і

розріджень і характеризуються довжиною хвилі, частотою і швидкістю поширення.

Частотна характеристика і довжина хвилі визначають особливості поширення коливань у

навколишньому середовищі (повітряному, рідинному і твердому) — від 1,12-Ю4 до 1,0-

109 Гц. Що вища частота ультразвукових коливань, то більше вони поглинаються

середовищем і менше заглиблюються у тканини людини.

Ультразвук застосовують у різних галузях народного господарства — металургії,

машино- і приладобудуванні, радіотехнічній, хімічній і легкій промисловості, медицині

тощо. Внаслідок поширення застосування ультразвуку збільшується кількість працюючих,

які перебувають під його впливом.

Під інфразвуком розуміють акустичні коливання з частотою до 20 Гц. Фізична

природа чутного звуку, ультразвуку та інфразвуку однакова, їх поділ зумовлений

особливостями сприйняття їх слуховим аналізатором людини. Для інфразвуку характерні

дуже великі пороги слухового сприйняття, що робить його практично нечутним.

Інфразвук сприймається слуховим аналізатором, однак пороги чутності його

значно вищі, ніж звуку. При сприйнятті інфразвуку втрачається відчуття тональності, а

сприймаються тільки окремі поштовхи звукового тиску. Крім слухового аналізатора

інфразвукові коливання сприймають вестибулярний і шкірний аналізатори

Список використаної літератури

1. Безпека життєдіяльності / За ред. Я. І. Бедрія. — Львів, 2000.

2. Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної екології. — К Либідь,

1995.

3. Будыко М.И. Глобальная экология. — М Мысль, 1977.

4. Величковский Б.Т., Кирпичев В.И., Суравегина И.Т. Здоровье человека и окружающая

среда. — М Новая шк., 1997.

5. Гігієна праці / А.М. Шевченко, О.П. Яворовський, Г.О. Гончарук та ін. — К Інфотекс,

2000.

6. Єлісєєв А.Т. Охорона праці. — К., 1995.

7. Каспаров А.А. Гигиена труда и промышленная санитария. — М Медицина, 1981.

8. Кириллов В.Ф., Книжников В.А. , Коренков И.П. Радиационная гигиена. — М

Медицина, 1988.

9. Корсак К.В., Плахоттк О.В. Основи екології. — 2-ге вид. — К МАУП, 2000.

10. Лапт В М Безпека життєдіяльності людини. — К Знання, Л Вид-во ЛБК НБУ, 1999.

11. Окружающая среда (споры о будущем) / А.М. Рябчиков, И.И. Альт-шулер, С.П.

Горшков и др. — М Мысль, 1983.

12. Основы сельскохозяйственной радиологии / Б.С. Пристер, Н.А. Лощилов, О.Ф. Немец,

В.А. Поярков. — К Урожай, 1991.

13. Пістун І.П. Безпека життєдіяльності. — Суми. Університет, книга, 1999.

14. Смит Р.Л. Наш дом — планета Земля. — М Мысль, 1982.

15. Солтовський О.І. Основи соціальної екології. — К МАУП, 1997.

16. Ткачук В.Г., Хапко В.Е. Медико-социальные основы здоровья. — К МАУП, 1999.

17. Хижняк М.І., Нагарна А.М. Здоров'я людини та екологія. — К Здоров'я, 1995.