ЛЕКЦІЯ 8. ВІБРАЦІЯ, ШУМ,
УЛЬТРАЗВУК ТА ІНФРАЗВУК
План
1. Загальна характеристика.
2. Вплив на організм людини.
3. Види виробничих випромінювань.
4. Джерела утворення виробничих випромінювань.
1.
Загальна характеристика.
По своїй фізичній
природі шум, ультразвук, інфразвук та вібрація є пружними коливаннями твердих
тіл, газів та рідин. Пружні коливання матеріального середовища (повітря,
рідини, машин, конструкцій і т.п.) хаpактеpизуються наступними паpаметpами:
l – довжиною хвилі, м;
С – швидкістю
розповсюдження, м/с;
f – частотою, Гц;
Т – періодом коливань, с
Швидкість розповсюдження
залежить від пружності та щільності середовища.
Шум, як фізичне явище являє собою хвильові
коливання матеріальних тіл – твердих, рідких , газоподібних або рідких. Виникення звукових відчуттів людини пов’язане з коливанням повітря. Механічні коливання, які передаються у
відчутному для людини діапазоні частот, сприймаються людиною як звуки. За
частотою звукові коливання поділяються на три діапазони.
0…20 Гц – інфразвук;
3…100 Гц –
вібрація;
20…20000 Гц – звук;
> 20 кГц – ультразвук.
Звук – механічні коливання
пружного середовища, що сприймаються людиною через орган слуху у діапазоні від
20 Гц до 20 кГц.
Ультразвук – це механічні
коливання пружного середовища у діапазоні частоти вище 20 кГц, що звичайно не
сприймаються вухом людини.
Ультразвук широко
використовується в багатьох галузях промисловості.
Джерелами ультразвуку є
промислові генератори, які працюють в діапазоні частот від 12 до 22 кГц для обробки
рідких розплавів, очищення відливок, в апаратах для очищення газів. У
гальванічних цехах ультразвук виникає під час роботи очищувальних та знежирю вальних ванн. Його вплив
спостерігається на відстані 25-50 м від
обладнання. При завантажування та розвантажуванні деталей відбувається
контактний вплив ультразвуку. Ультразвукові генератори використовуються також
при плазмовому та дифузійному зварюванні, різанні металів, при напилюванні
металів. Ультразвук високої інтенсивності
виникає під час видалення забруднень при
хімічному травленні, обдуванні струменем стисненого повітря при очищенні
деталей, при збиранні.
Інфразвук – це механічні коливання пружного
середовища у діапазоні частоти менше 20 Гц. Усі
механізми , які працюють при частотах обертання, менше ніж 20 об/с,
випромінюють інфразвук. При русі
автомобіля зі швидкістю понад 100 км/год він є джерелом інфразвуку, який
утворюється внаслідок зриву повітряного потоку з його поверхні. В
машинобудівній галузі інфразвук виникає при роботі вентиляторів, компресорів,
двигунів внутрішнього згоряння, дизельних двигунів.
Джерелами інфразвуку є вентилятори, поршневі компресори, машини та
механізми, працюючі з числом оборотів робочих циклів менше 20 оборотів у
секунду (інфразвук механічного походження), а також рух великих потоків газів
або рідини (інфразвук аеродинамічного походження).
Шум
- це звук, який негативно впливає на здоров‘я і працездатність людини та
заважає сприйняттю корисного сигналу.
Шум, як фізичне явище являє собою
хвильові коливання матеріальних тіл – твердих, рідких , газоподібних або
рідких. Виникнення звукових відчуттів людини пов’язане з коливанням повітря.
Залежно від спектру , шуми поділяють на тональні, що складаються із кількох
яскраво виражених звуків, і широкосмугові, коли енергія лежить в частотному
діапазоні досить рівномірно. За часовими
характеристиками шуми поділяють на постійні і непостійні. Постійними
вважають шуми, в яких рівень звуку протягом робочого дня змінюється не більше як
на 5 дБА. Непостійні шуми поділяються на переривчасті з коливанням у
часі та імпульсні. На виробництві джерелами шуму можуть бути:
–
машини та механізми – механічний шум;
–
електромагнітні пристрої – електpомагнітний шум;
–
закінчення рідин та газів – аеpогідpодинамічний шум.
Вібрація – це процес розповсюдження
механічних коливань різних видів у твердому тілі, з частотою 3…100 Гц. Вібрація серед усіх видів механічних впливів для
технічних об’єктів найбільш небезпечна. Знакозмінні напруження, викликані
вібрацією, сприяють накопиченню
пошкоджень в матеріалах, появі тріщин
та руйнуванню. Найчастіше і досить швидко руйнування об’єкта настає при
вібраційних впливах за умов резонансу. Вібрації викликають також і
відмови машин, приладів.
Вібрація – це складний коливний процес
пружних тіл, що характеризується періодичністю зміни амплітуди коливань, вібро – швидкості, віброприскорення
та частоти коливань.
Джерелами вібрації є механізми, машини, механізований інструмент.
Вібрації по характеру дії на тіло людини підрозділяється на загальну (вплив на
все тіло) та локальну (вплив на окремі частини тіла: руки або ноги). По
направленню дії – вдовж осі x, y і z.
2. Вплив на організм людини.
Вібрація викликає порушення фізіологічного та функціонального станів людини. Стійкі шкідливі фізіологічні
зміни називають вібраційною хворобою. Симптоми вібраційної хвороби проявляються
у вигляді головного болю, заніміння пальців рук, болю в кистях, передпліччі,
виникають судоми, підвищується чутливість до охолодження, з’являється
безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні
зміни спинного мозку, серцево – судинної
системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг.
Функціональні
зміни, пов’язані з дією вібрації на людину – оператора: погіршення зору,
зміни реакції вестибулярного апарату, виникнення галюцинацій, швидка
втомлюваність. Негативні відчуття від вібрації
виникають при прискореннях, що складають 5% прискорення сили ваги, тобто
при 0,5 м/с. особливо шкідливі вібрації з частотами, близькими до частот
власних коливань тіла людини, більшість з яких знаходиться в межах 6…30 Гц.
Шум негативно впливає на організм людини і може бути причиною професійних
захворювань. Під час роботи в умовах шуму знижується працездатність. Шум
притупляє увагу, гальмує реакцію людини на ті, чи інші подразники, заважає
сприйняттю корисних сигналів, що
особливо небезпечно на роботах, пов’язаних з рухом потягів. Він порушує комфорт
пасажирів і є джерелом хвилювання для
населення у розташованих поблизу
залізничних об’єктів населених пунктів.
Розрізняють п’ять ступенів дії шуму на людину залежно від рівня
звукового тиску. Якщо рівень звукового тиску нижче ніж поріг чутливості, що
відповідає повній тиші (перший ступінь), то людина відчуває психологічний
дискомфорт. Вона мимоволі прислуховується до шуму свого дихання, процесу
травлення їжі, тощо. У природі такі умови практично не зустрічаються. Звичайно
людину оточує нормальний, звичний для неї шумовий фон (другий ступінь дії) з
рівнем звукового тиску на середніх
частотах. Такий шум є необхідним для нормальної життєдіяльності.
При збільшенні рівня шумового тиску до 40-70 Дб
настає третя, психологічна область дії шуму. Цей шум, особливо , якщо він не
контролюється і несе яку – небудь інформацію, викликає роздратування, не
змінюючи функцій слуху і не заважаючи
прийманню корисних сигналів. Він може понизити продуктивність розумової праці,
погіршити самопочуття. Прикладом такого шуму є музика, що заважає, або розмова,
шум санітарно – технічного або інженерного устаткування будівель, тощо.
Рівні звукових тисків 75-120 дБ
(четвертий ступінь дії шуму), характерні для виробничих і транспортних шумів. Мають негативну
фізіологічну дію. У цьому випадку значно раніше , ніж вражається орган слуху,
страждає центральна нервова система і серцево – судинна система. Робітники, які
зазнають вплив такого шуму часто скаржаться
на дратівливість, головні болі,
зниження уваги та пам’яті, сонливість, підвищену втомлюваність, порушення сну.
Іноді – на запаморочення. Вони частіше хворіють на гіпертонію чи гіпотонію.
Виразок шлунку. Коліти та гастрити, неврози.
У них частіше й швидше розвивається професійна туговухість.
Інфразвуку людина не чує, але відчуває; він справляє руйнівну дію на
організм людини. Високий рівень інфразвуку викликає порушення функції вестибулярного апарату. Зумовлюючи запаморочення: головну біль; знижується увага
та працездатність; виникає почуття страху і загальна немічність. Вважають, що
інфразвук сильно впливає на психіку людей.
Ультразвук викликає функціональні порушення нервової системи, головний біль, зміни
кров’яного тиску та складу і властивостей
крові, зумовлює втрату слухової чутливості, підвищену втомлюваність.
Ультразвук впливає на людину через повітря, а також через рідке й тверде середовище.
Зменшення впливу шуму до допустимих
величин – одна з незмінних умов праці та охорони навколишнього середовища.
ЗАХИСТ ВІД ШКІДЛИВОГО ВПЛИВУ ШУМУ, ІНФРАЗВУКУ ТА УЛЬТPАЗВУКУ.
Захист від шкідливого впливу шуму, інфразвука
та ультpазвука проводиться слідуючими
основними методами:
Усунення коливань у джерелі виникнення.
–
Застосування пластмас та інших полімерних матеріалів, ретельне балансування
мас, що обертаються, заміна прямозубих передач косозубими
і т.п.
–
Усунення коливань на шляху розповсюдження.
Звукоізоляція, звукопоглинання, використання
глушників аеродинамічного шуму, багатошарових огорож.
–
Звукопоглинання – розсіювання звукової
енергії у пористих матеріалах (фетр, пінопласт, поролон, скловолокно).
–
Звукоізоляція – заснована на основі шумовідбивання (сталевий лист знижує шум на 30…60 дБ).
–
Багатошарові огорожі – декілька
шарів з різними акустичними властивостями (віконна рама).
–
Глушники аеродинамічного шуму
установлюють у місцях накопичення газів з високими швидкостями.
Аpхітектуpно-планувальні
методи передбачають:
використання природних перешкод (лісопосадки), розташування обладнання, вибір
перекриття.
Організаційно-технологічні рішення: своєчасне і якісне проведення
планово-попереджувального ремонту; контроль за правильною експлуатацією, вибір
малошумного обладнання та технологій.
Засоби індивідуального захисту:
а) наушники
при гучності більше 120 дБ;
б) вкладиші у вуха з ультpаволокна;
в) спеціальні шоломи,
маски, пpотишумні костюми.
3. Види
виробничих випромінювань.
Виробниче випромінювання
може бути: іонізуюче, електромагнітне,
ультрафіолетове, лазерне.
Іонізуюче
випромінювання.
Джерелами іонізуючого
випромінювання в промисловості є установки
рентгеноструктурного аналізу, високовольтні електровакуумні системи, радіаційні
дефектоскопи, товщино міри, густино міри, та ін..
До іонізуючих належать корпускулярні
випромінювання, що складаються з частинок маса спокою, яких відрізняється від
нуля (альфа, бета – частинки, нейтрони)
та електромагнітні випромінювання
(рентгенівське та гамма випромінювання), які при взаємодії з
речовинами можуть утворювати
в них іони.
Альфа – випромінювання – це потік ядер гелію, що випромінюється речовиною
при радіоактивному розпаді ядер з енергією, що
не перевищує кількох мегаелектровольт.
Ці частинки мають високу іонізуючу та
низьку проникну здатність.
Бета – частинки – це потік електронів та протонів. Проникна
здатність (2,5см в живих тканинах в
повітрі – до 18м) бета – частинок вища,
а іонізуюча нижча, ніж у альфа частинок.
Гама – випромінювання – це електромагнітне (фотонне) випромінювання з
великою проникною і
малою іонізуючою здатністю.
Рентгенівське випромінювання – випромінювання, яке виникає в
середовищі, навколо джерела бета
– випромінювання, в прискорювачах електронів і є сукупністю гальмівного
та характеристичного випромінювань.
Небезпека радіоактивних
елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати
ці елементи. Тому при потраплянні
радіоактивних речовин усередину
організму вражаються ті органи та
тканини, в яких відкладаються ті чи
інші ізотопи: йод – у
щитовидній залозі; стронцій – у кістках; уран і плутоній – у нирках,
товстому кишечнику, печінці; цезій – у м’язовій тканині; натрій поширюється по
всьому організму. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення
радіоактивних речовин з організму людини.
Для захисту від
зовнішнього опромінення, яке має
місце при роботі із
закритими джерелами випромінювання, основні зусилля
необхідно спрямовувати на попередження
переопромінення персоналу шляхом:
-
Збільшення відстані між джерелом
випромінювання і людиною (захист відстанню);
- Скорочення
тривалості роботи в зоні випромінювання (захист часом);
- Екранування джерела
випромінювання (захист екранами).
Захист від внутрішнього
опромінення вимагає виключення
безпосереднього контакту з радіоактивними речовинами
у відкритому вигляді
та попередження потрапляння
їх у повітря
робочого простору.
Джерелами випромінювань електромагнітної
енергії
є потужні радіо та телевізійні станції,
ретранслятори, засоби радіозв’язку
різного призначення, зокрема й супутникового, промислові установки
високочастотного нагрівання металів,
високовольтні лінії електропередач, електротранспорт,
вимірювальні прилади, персональні комп’ютери.
В аеропортах та на військових об’єктах працюють потужні радіолокатори, які випромінюють
в навколишнє середовище
потоки електромагнітної енергії.
Потужність та кількість джерел ЕМП
постійно зростає.
Відомо, що навколо
провідника, по якому протікає
електричний струм, виникають
електричне та магнітне поля. Якщо струм постійний. То ці поля існують
незалежно одне від одного.
При змінному
електричному струмі електричне та магнітне поля пов’язані між собою, утворюючи єдине
електромагнітне поле. При появі електричної напруги на струмоведучих
частинах з’являється електричне поле.
Якщо електричне коло замкнуте, то по ньому протікає струм, це супроводжується
появою магнітної складової поля, і в цьому випадку говорять про існування
електромагнітного поля.
Електромагнітні
випромінювання негативно впливають на
організм людини, яка безпосередньо працює з джерелом випромінювання, а
також на населення, яке мешкає поблизу джерел
випромінювання. Встановлено, що переважна частина населення
перебуває в умовах підвищеної активності ЕМП. Можна
вважати, що в діапазоні промислових частот (зокрема 50 Гц) допустимо розглядати вплив на біологічний
об’єкт електричної та магнітної складової поля роздільно. У будь – якій точці
ЕМП промислової частоти енергія магнітної складової поля, яка поглинається
тілом людини, майже в 50 разів менша від енергії електричної складової цього поля, що поглинається тілом. Це дає
змогу зробити висновок, що в діапазоні промислових частот дією магнітного поля можна знехтувати, а негативний вплив на
організм обумовлений електричною складовою поля.
Ступінь впливу
електромагнітних випромінювань на організм людини
залежить від діапазону частот, тривалості опромінення, характеру опромінення,
режиму опромінення, режиму опромінення, розмірів поверхні тіла, яке
опромінюється, та індивідуальних особливостей організму.
У результаті дії ЕМП на
людину можливі гострі та хронічні форми порушення фізіологічних функцій
організму. Ці порушення виникають в результаті дії електричної складової ЕМП на нервову систему, а також на структуру
кори головного та спинного мозку, серецево – судинної
системи.
У більшості випадків такі зміни в організмі
мають зворотній характер, але в
результаті тривалої дії вони
накопичуються, підсилюються з плином часу, але, як правило зменшуються та
зникають при виключення впливу та поліпшенні
умов праці. Тривалий та
інтенсивний вплив ЕМП призводить до
стійких порушень та захворювань. У результаті дії на організм людини
електромагнітних випромінювань
в діапазоні 30 кГц – 300 МГц спостерігається:
загальна слабкість, підвищена втома, сонливість, порушення сну, головний біль
та біль в ділянці серця. Виникає
роздратованість, втрачається увага, сповільнюються рухово – мовні реакції. Виникає ряд симптомів, які свідчать про
порушення роботи окремих органів: шлунку, печінки, підшлункової залози.
Погіршуються харчові та статеві
рефлекси, фіксуються зміни показників
білкового та вуглеводневого обмінів.
При систематичній дії ЕМП
високої та надвисокої частоти на організм людини спостерігається
підвищення кров’яного тиску, трофічні явища (випадання волосся, ламкість
нігтів).
Заходи захисту від дії
електромагнітного опромінення
поділяються на: організаційні, інженерно-технічні, лікарсько –
профілактичні. Організаційні – здійснюють органи санітарного нагляду. Вони
проводять санітарний нагляд за
об’єктами, в яких використовуються джерела електромагнітних випромінювань.
Інженерно - технічні передбачають таке розташування джерел ЕМП, яке б
зводило до мінімуму вплив їх на
працюючих, використання в умовах виробництва дистанційного керування
апаратурою, що є джерелом випромінювання, екранування джерел випромінювання,
застосування засобів індивідуального захисту (халатів, комбінезонів з
металізованої тканини з виводом на заземлюючий пристрій). Для захисту очей
доцільно використовувати захисні окуляри, їх скло покрите напівпровідниковим оловом, що послаблює
інтенсивність електромагнітної енергії
при світло пропусканні не нижче 75 %.
Ультрафіолетове випромінювання - електромагнітне випромінювання в оптичній
області, яке належить до діапазону коротких хвиль з довжиною 200- 400 нм.
Природним джерелом УФВ є
Сонце. Штучними джерелами є газорозрядні джерела світла, електричні
дуги, лазери та ін..
Дія УФВ на людину
оцінюється якісною еритемною дією,
тобто почервонінням шкіри (після 48
год.), що викликає пігментацію шкіри.
УФВ є важливим для
організму людини. Якщо тривалий час УФВ
відсутнє то в організмі людини виникають
небажані явища, які називають
світловим голодуванням, або ультрафіолетовою недостатністю. Проте за
умови тривалої дії, УФВ викликає
серйозні захворювання очей та шкірного
покриву.
У виробничих
умовах виникає сумісна дія отруйних речовин та ультрафіолетового
випромінювання. УФ – промені впливають на процеси взаємодії газів в розчинах.
При УФ – опроміненні можлива
сенсибілізація організму до дії деяких отруйних речовин, наприклад, розвиток
фото дерматиту при забрудненні шкіри пековим (твердим або напівтвердим)
порохом. УФ опромінення може знижувати чутливість організму до деяких
шкідливих речовин за рахунок
підвищення процесу окислення в
організмі та більш швидкої
нейтралізації отруйних речовин.
Лазерне випромінювання.
Лазери – це потужні випромінювання електромагнітної енергії оптичного діапазону, які ще називаються
квантовими оптичними генераторами.
Сфера застосування лазерів в промисловості різноманітна – точкове
зварювання, свердління отворів в металах, надтвердих матеріалах, кристалах.
Застосовують лазери при дефектоскопії металів, в будівництві, радіоелектронній
промисловості та ін..
Дія лазерного
випромінювання на організм людини має складний характер і
зумовлена безпосередньою дією
лазерного променя на тканини.
Наслідком навіть не дуже
високих доз лазерного випромінювання
можуть мати майже такі симптоми, як і при НВЧ – опроміненні. Як і ЕВЧ,
найбільшої шкоди лазерне випромінювання завдає очам. Найбільша небезпека
спостерігається в ультрафіолетовому діапазоні.
КОНТРОЛЬНІ
ЗАПИТАННЯ
1. За якими показниками характеризується шум?
2. Поняття про поріг чутності, больовий поріг. Гігієнічне
нормування шуму.
3. Ультразвук, його характеристика та шкідливість для людини,
методи захисту.
4. Інфразвук, його
характеристика та небезпека для людини, методи захисту.