Экологические характеристики механических волн.

Механические волны, распространяемые в окружающей среде, имеют разную частоту. Различают волны с частотами менее 17 Гц (инфразвук), 17-20000 Гц (звук или акустические волны) и более 20000 Гц (ультразвук). Инфра- и ультразвуки не улавливаются человеческим ухом, колебания в диапазоне 17-20000 Гц воспринимаются как звучание.

Инфразвук. В природных условиях инфразвуковые волны возникают во время ураганов и землетрясений на море.

Инфразвуковое воздействие часто приводит к появлению у подвергшихся ему лиц многочисленных субъективных ощущений: страха, тревоги, слабости, дискомфорта, угнетенного состояния. Возникают также вполне объективные неприятные ощущения в брюшной и грудной полостях, чувство вибрации тела, головокружение и тошнота.

Энергетическое воздействие инфразвука воспринимается всем организмом и его рецепторными полями: слуховым, вестибулярным, рецепторами кожи, опорно-двигательного аппарата и внутренних органов. В соответствии с санитарными нормами уровни инфразвука на рабочих местах не должны превышать 105 дБ, а на территории жилой застройки - 90 дБ.

Средства защиты от инфразвука в значительной степени отличаются от применяемых в борьбе с другими видами механических волн. Это связано со значительно большей длиной инфразвуковых волн по сравнению с размерами препятствий на пути распространения.

Снижение интенсивности инфразвука может быть достигнуто изменением конструкции или режима работы устройств: акустической изоляцией источника; поглощением энергии при помощи глушителей, в том числе работающих на тех же принципах, что и глушители шума; использованием механических преобразователей частоты с переводом низкочастотных колебаний в менее опасные ультразвуковые.

Акустические волны. Как было отмечено, к акустическим относят механические волны с частотой 17-20000 Гц. Достигая человека, они приводят к вынужденным колебаниям барабанной перепонки ушей и воспринимаются как звук. Звуковую волну создает любое тело (твердое, жидкое или газообразное), колеблющееся с указанной частотой. Скорость распространения звука зависит от агрегатного состояния, плотности и температуры среды.

Весьма важной характеристикой звуковых волн является их интенсивность (громкость). Восприятие громкости субъективно, поскольку один и тот же звук кому-то может показаться громким, а другому – тихим, интенсивность же (сила) звука - критерий объективный. На практике для оценки интенсивности звуков обычно принимается логарифмическая шкала. Одна единица на ней, соответствующая увеличению звуковой энергии в 10 раз (логарифм 10 равен 1), получила название бел (Б). Однако практически более удобно использовать не бел, а в десять раз меньшую величину - децибел (дБ), которая примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом.

В реальных условиях производства и быта чаще встречаются не звуковые волны определенной частоты, а шум, в котором одновременно присутствуют акустические волны всевозможных частот.

Шумовое воздействие - одна из форм вредного физического воздействия на окружающую природную среду. Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум становится не просто неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека.

Известно несколько классификаций шума:

-по частотной характеристике - низкочастотные (до 350 Гц), среднечастотные (350-800 Гц) и высокочастотные (более 800 Гц);

-по временным характеристикам - постоянные, уровень интенсивности которых за 8-часовой рабочий день изменяется не более чем на 5 дБ, и непостоянные, не соответствующие этому требованию.

В промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте имеется значительное число видов профессиональной деятельности, связанных с высоким уровнем шума. Это работа буровых станков, отбойных молотков, горных машин и комбайнов в горнорудной промышленности; дробление и измельчение в процессах обогащения полезных ископаемых; обрубка литья, механическая обработка и ковка в машиностроении; прядильно-ткацкое производство; клепка, сверление, сварка на предприятиях строительного профиля, работа транспорта и т.д.

Усредненный уровень шума, создаваемый некоторыми его источниками, выглядит следующим образом, дБ: гидроструйный транспорт в забоях - 140, ткацкие станки - 112, сельскохозяйственный трактор - 103, пылесос - 72, разговор - 60; транспортные средства: автобусы - 82-90, трамваи - 85-90, троллейбусы - 71-74; магистральные улицы - 90-95, кварталы вдоль магистралей общегородского значения - 67-77, поезд при скорости 70-80 км/ч на рельсах с деревянными шпалами - 125-130 дБ.

Характер восприятия человеком уровня громкости шума изменяется в зависимости от его интенсивности. Как болезненно громкий воспринимается шум 130-120 дБ, дискомфортно-громкий - 110-100, очень громкий - 90-80, умеренно громкий - 70-60, тихий - 50-40, очень тихий - 30-20 дБ. К наиболее опасным для здоровья относятся уровни свыше 80 дБ. Уровень 120-130 дБ вызывает болевые ощущения, при интенсивности 140 дБ может наступить потеря слуха. Замечено, что при силе шума в 180 дБ в металле появляются трещины.

Длительное воздействие интенсивного шума (свыше 80-85 дБ) приводит к частичной или полной потере слуха. По данным отечественных специалистов, профессиональной тугоухостью страдает ряд категорий работников, %: наземных служб аэродромов, компрессорных станций, испытателей двигателей, кузнецов - 77; ткацкого производства - 45-70; рудников и машиностроительных заводов, моряков, рыбаков - 42-43.

Наряду с этим шум может негативно отразиться на сердечнососудистой системе с развитием гипертонической болезни, вызвать системный атеросклероз сосудов, острое нарушение мозгового обращения, частые обострения язвенной болезни. Более 80% мигреней, 52% расстройств памяти также обусловлены шумом. Весьма существенно отрицательное влияние шума на зрение. Наблюдается утомление зрительного анализатора, снижается устойчивость остроты зрения и чувствительность глаза к различным световым спек­трам и дневному свету.

Способы защиты от шума в настоящее время достаточно разнообразны (технико-технологические, градостроительные, архитектурно-планировочные и организационные). Выбор конкретного из них определяется тем, к какому виду он относится, является ли он, например, структурным или воздушным.

Структурный шум излучается в замкнутое пространство зданий и сооружений поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий и перегородок. При наличии источников структурного шума в большинстве случаев для его снижения требуется применение специальных технико-технологических мер. Одной из них является использование звукопоглощающих (ЗПМ) и вибродемпфирующих (ВДМ) материалов, а также изделий из них (базальтовое и стеклянное волокно, мастики). Большой эффект дает покрытие вибрирующей поверхности материалом со значительным внутренним трением (резина, пробка, битум и т.п.).

Одним из эффективных способов поглощения шумов является применение глушителей. В зависимости от принципа действия глушители делят на абсорбционные, реактивные и комбинированные.

Абсорбционные глушители, снижают шум за счет поглощения звуковой энергии в применяемых для них звукопоглощающих материалах, а реактивные глушители - в результате обратного отражения звука к его источнику. Комбинированные глушители обладают способностью как поглощать, так и отражать звук.

Воздушный шум распространяется в свободном воздушном пространстве на всем расстоянии от источника возникновения. Существенное снижение интенсивности такого шума может быть достигнуто с помощью градостроительных мер:

-зонирование с выносом источников шумов за пределы застройки;

-организация транспортной сети, исключающей прохождение шумных магистралей через районы жилой застройки;

-удаление источников шума и устройством защитных зон вокруг и вдоль источников шумового воздействия и организация зеленых насаждений;

-прокладка магистралей в туннелях, устройством шумозащитных насыпей и других поглощающих шум препятствий на путях распространения шума (экраны).

Архитектурно-планировочные меры предусматривают создание шумозащитных зданий, т. е. таких зданий, которые обеспечивают помещениям нормальный акустический режим с помощью конструктивных, инженерных и других мер (герметизация окон, двойные двери с тамбуром и облицовка стен звукопоглощающими материалами).

Определенный вклад в защиту среды от шумового воздействия вносит запрещение звуковых сигналов автотранспорта, авиаполетов над городом, ограничение (или запрещение) взлетов и посадок самолетов в ночное время и другие организационные меры.

Ультразвук. Как уже отмечалось, ультразвук отличается от звука лишь более высокой частотой, превышающей верхний порог слышимости (20 кГц). Он также способен распространяться в любых (твердой, жидкой, газообразной) средах. Ультразвук сильно поглощается газами и во много раз слабее - твердыми веществами и жидкостями, поэтому только в этих двух последних средах он может передаваться на значительные расстояния.

В производственных условиях ультразвук нередко образуется при аэродинамических процессах и сопутствует шуму (работа реактивных двигателей, газовых турбин, мощных пневмодвигателей и др.). Механические, термические, физико-химические эффекты, вызываемые ультразвуком, используют в медицине, промышленных технологиях, биологии и других случаях:

1.В медицине практическое применение получили высокочастотные колебания. Они внедрены в офтальмологии, оториноларингологии, гинекологии, терапии при лечении ряда заболеваний и для диагностики.

2.В промышленности ультразвук используют для анализа, контроля и интенсификации технологических процессов. Широкое применение в промышленности получили ультразвуковая очистка для предотвращения накипеобразования в котлах и очистки деталей от продуктов коррозии. Ультразвук используют для сверления и резания металлов, стекла, керамики, обработки драгоценных камней и других твердых и хрупких материалов.

3.Ультразвук лежит в основе гидролокационных установок определения расстояния в водной среде до различных объектов (встречных надводных и подводных судов, косяков рыб, айсбергов и т.п.).

4.Ультразвук оказывает сильное биологическое воздействие, в частности, в его поле погибают микробы. Поэтому он используется для стерилизации молочных и других продуктов, очистки сточных вод.

Влияние ультразвука на человека достаточно известно. Оно распространяется на весь организм, но непосредственно - на молекулярном и клеточном уровнях. Основной эффект - тепловой.

При интенсивности ультразвука выше установленных норм могут развиваться функциональные изменения центральной и периферической нервной, сердечно-сосудистой систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Рабочие страдают от головных болей, головокружения, повышенной утомляемости, раздражительности и дневной сонливости. При систематическом воздействии ультразвукового поля отмечается повышение температуры тела и кожи, снижение уровня сахара в крови.

Все установки, при работе которых уровни ультразвука превышают допустимые, необходимо оборудовать звукоизолирующими устройствами (кожухи, экраны) из листовой стали или дюралюминия, покрытого звукопоглощающим материалом. Существенно снижает уровень ультразвука размещение установок в звукоизолированных помещениях или кабинах с дистанционным управлением.