Безопасность жизнедеятельности. Учеб. пособ. 2-е изд. 2019

21

Ощущение звука (порог слышимости) на частоте f = 1000 Гц возникает при интенсивности I0 = 10–12 Вт/м2 и, соответственно, звуковом давлении р0 =2 10-5 Па. Эти параметры вызывают смещение барабанной перепонки на величину, соизмеримую с атомом, что свидетельствует о высокой чувствительности уха.

Звуки интенсивностью I = 102 Вт/м2 соответственно звуковым давлением Р = 2 102 Па на той же частоте воспринимаются с болью в ушах (болевой порог). Примерно такими параметрами характеризуется шум двигателя реактивного самолета на расстоянии 1 м от сопла. На других частотах пороги слышимости и болевые пороги имеют иные значения.

Диапазон восприятия ухом человека интенсивностей звука и звуковых давлений настолько широк, что в практике измерения шума этими единицами не пользуются. Исходя из закона Вебера – Фехнера, были введены характеристики «уровень интенсивности» и «уровень звукового давления». Единицу измерения этих параметров в честь известного изобретателя телефона Александра Грэма Белла назвали бел (Б).

Ухо способно воспринимать меньшие значения уровней, поэтому в качестве практической единицы измерения уровней интенсивности и уровней звукового давления принят децибел (дБ): 1 Б = 10 дБ.

Уровни интенсивности и уровня звукового давления определяются относительно порогов слышимости:

где – уровень интенсивности или уровень звукового давления, дБ; I – интенсивность исследуемого звука, Вт/м2;

Р – звуковое давление этого же звука, Па;

I0 = 10–12 Вт/м2 и Р0 = 2 10–5 Па – соответствующие пороги слышимо-

сти.

Подставляя в формулу (1.3) вместо I и Р значения порогов слышимости и болевых порогов на частоте 1000 Гц, мы получим диапазон восприятия уровней от 0 до 140 дБ. Ноль децибел соответствует порогу слышимости, т. е. ноль децибел на частоте 1000 Гц мы слышим. 140 децибел соответствуют болевому порогу. На других частотах болевые ощущения возникают при уровнях 120–130 дБ.

Уровни интенсивности и уровни звукового давления имеют одно и то же обозначение, измеряются в одних и тех же единицах. При постоянном акустическом сопротивлении среды, они имеют одни и те же значения, поэтому рассматриваются как равнозначные понятия.

Измерение шума осуществляется шумомерами, где в качестве датчика используется микрофон, воспринимающий звуковое давление, поэтому в практике измерения и нормирования шума употребляется термин «уровень звукового давления».

Уровни звукового давления, создаваемые различными источниками, колеблются в широком диапазоне: наручные часы, шелест листвы – 10 дБ, капля, падающая из крана – 30 дБ, будильник, пишущая машинка – 70 дБ,

22

производственное оборудование – 90–100 дБ и более. Уровень звукового давления на расстоянии 1 м от работающего двигателя реактивного самолета составляет 140 дБ. Уровень звукового давления сверхзвукового самолета стал причиной смерти десяти человек, когда самолет пролетел над ними на высоте 12‒14 метров [19]. Уровни звукового давления сверхзвукового самолета составляют 170–180 дБ. При таких уровнях звукового давления коробится корабельная сталь и рвутся корабельные заклепки.

Слуховой анализатор обладает способностью к адаптации за счет изменения чувствительности. При высоких уровнях звукового давления чувствительность уха снижается, при низких – резко повышается. Например, днем мы практически не слышим, как падает капля из крана, как работают механические часы. Ночью, когда шумовой фон в квартире снижается, чувствительность уха повышается настолько, что звуки падающей капли или механических часов нам кажутся очень громкими, раздражают нас, мешают заснуть.

С точки зрения обеспечения нормальной жизнедеятельности, а иногда и безопасности очень важно не только услышать звук, но и определить его местонахождение. Такая возможность обеспечивается за счет бинау-

рального (лат. bini – пара, и auris – ухо), или двуухого, эффекта. До уха,

обращенного к источнику шума, звук доходит на 0,0006 секунды быстрее, чем до другого. Это позволяет человеку определить местонахождение звука. Люди, глухие на одно ухо, правильно определить направление звука не могут. Это представляет определенную опасность и является противопоказанием для работников некоторых профессий.

Во внутреннем ухе расположен вестибулярный аппарат – орган чувств, воспринимающий изменения положения головы и тела в пространстве, а также направление движения тела. Он обеспечивает сохранение равновесия. При нарушениях в работе вестибулярного аппарата человек не может стоять, у него появляется головокружение, тошнота, он теряет способность ориентироваться в пространстве. Такие нарушения противопоказаны летчикам, морякам, верхолазам, работникам железнодорожного транспорта, связанным с движением поездов и обслуживанием подвижного состава.

1.3.3 Обонятельный анализатор

Носовая полость человека носовыми раковинами делится на три носовых хода. При спокойном дыхании воздух поступает по нижнему и среднему ходам. При интенсивном втягивании воздуха через нос воздушный поток, образуя вихри в носовых полостях, попадает в верхний ход. В слизистой оболочке этого хода (рис. 1.4) расположен орган обоняния – обонятельные клетки. Их раздражение по нервным волокнам посылается в мозг.

Способность организма воспринимать запахи – одно из удивительных творений природы, которое до сих пор остается неразгаданным. Запах моря, запах леса, запах розы... Говорят, что врачи прошлых столетий ста-

23

вили диагноз больному по запаху его тела. Запахи могут быть приятными и, воздействуя на человека, поднимать настроение, улучшать его самочувствие. Неприятные запахи могут угнетать человека. Запахи служат сигналом об опасности. Появление запаха может свидетельствовать о нарушении технологического процесса, разгерметизации оборудования, недоброкачественности продуктов питания. Это может привести к отравлению организма, пожару или взрыву. С целью обеспечения безопасности, возможности своевременно почувствовать утечку в газы без запаха, но потенциально опасные (например, природный газ) добавляют пахучие вещества, т. е. одорируют их (от лат. odoro – делаю пахучим, душистым).

Рис. 1.4. Обонятельный анализатор

Специальных приборов, измеряющих силу запаха, пока не изобретено. Самые чувствительные измерительные приборы не могут состязаться с носом человека, который по запаху может определить наличие вещества в количестве до одной десятимиллионной доли грамма.

До настоящего времени нет достаточно удовлетворительной теории восприятия запаха. В 1952 году англичанин Джон Эмур выдвинул гипотезу о семи первичных запахах: камфороподобный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный, острый и гнилостный. Все остальные представляют собой смесь этих запахов в определенных пропорциях.

Обонятельный анализатор наделен защитными функциями. При попадании в него опасных для жизни и здоровья веществ (например, хлороформа – жидкого растворителя жиров и смол, нашатырного спирта) рефлекторно замедляется дыхание. Однако пары некоторых веществ могут оказать неблагоприятное воздействие на слизистые самого анализатора. Поэтому при необходимости по запаху определить содержимое ёмкости в целях безопасности необходимо расположить открытую ёмкость на некотором расстоянии от носа и движением ладони над ёмкостью направить пары к носу.

24

1.3.4 Вкусовой анализатор

Жизнедеятельность человека сопровождается постоянными затратами энергии. Источником этой энергии являются богатые скрытой химической энергией белки, жиры и углеводы пищи. Пища должна быть разнообразной, и чем она разнообразнее, тем лучше. Пища может быть невкусной, испорченной. Такую пищу мы выплёвываем. Поступать так нас заставляет

вкусовой анализатор.

Вкус – понятие сложное, и не только язык помогает нам ощутить вкус. Вкус свежего огурца зависит от его запаха.

Почти все вещества, растворимые в воде (во рту эту роль выполняет слюна), обладают вкусом. Нерастворимые в воде вещества и дистиллированная вода вкуса не имеют.

Вкус воспринимается вкусовыми луковицами языка, раздражение которых передаётся в мозг, вызывая ощущение того или иного вкуса. Первую классификацию вкусов предложил великий русский ученый М.В. Ломоносов, назвав семь простых вкусов. В настоящее время признаны четыре: сладкий, соленый, кислый, горький (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вкусовые зоны языка

Сладкий вкус воспринимается кончиком языка, соленый передним краем языка, кислый – задним краем языка, горький – задней стенкой языка. Пища во рту раздражает множество разнообразных вкусовых луковиц, в результате мы испытываем гамму вкусовых ощущений.

Чувствительность языка значительно ниже, чем носа. Язык не может определить вкус пищи на расстоянии, и тем не менее вкусовые ощущения играют предупредительную роль в обеспечении безопасности жизнедеятельности человека.

25

1.3.5 Кожный анализатор

Есть такое народное выражение: «Он не поверит, пока не пощупает». Имеется в виду, что человек, о котором идет речь, не верит своим глазам, воспринимающим свет и цвет, не верит своим ушам, воспринимающим только звук. Ощупыванием он хочет получить дополнительную информацию о предмете, узнать, какой он на ощупь (мягкий, жесткий, пушистый, шелковистый, холодный, теплый) Такими возможностями обладает кожа человека (рис. 1.6). Она снабжена огромным количеством анализаторов, которые воспринимают прикосновение и давление, тепло и холод, есть на коже и специальные болевые рецепторы. Восприятие прикосновения и давления называется тактильным чувством, или осязанием.

Рис. 1.6. Строение кожи

Осязание, т. е. ощущение прикосновения, обеспечивается специальными тактильными анализаторами – осязательными тельцами, находящимися в толще кожи. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется минимальным давлением на кожную поверхность, при котором возникает ощущение прикосновения. Чувствительность кожи неодинакова. Высокой чувствительностью обладает кожа на дистальных (лат. disto – отстою), т. е. удаленных от срединной плоскости, частях тела. Например, на коже кончиков пальцев ощущение прикосновения возникает при давлении 280–1700 г/мм2. Кожа пятки ощущает прикосновение при давлении 2,5 106 г/мм2. Особенностью тактильного анализатора является его быстрая адаптация, т. е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Поэтому мы достаточно быстро перестаем чувствовать очки на переносице, одежду на теле. Тактильная чувствительность кожи зависит от температуры. На морозе чувствительность кожи значительно ниже, чем при положительных температурах. Очень слабое давление мы восприни-

26

маем как нежное прикосновение, сильное давление воспринимаем как надавливание. Очень сильное надавливание может вызвать ощущение боли. Порог болевой чувствительности составляет 3,0 106 г/мм2, что на несколько порядков выше порога ощущения.

Болевая чувствительность обусловлена наличием на коже болевых рецепторов, раздражение которых является для организма сигналом тревоги. Болевые ощущения заставляют организм включать оборонительные рефлексы. Тактильная чувствительность связана с рефлексами сближения. Мы с удовольствием подставляем лицо свежему морскому ветерку и отдергиваем руку, если коснулись острого или горячего предмета.

Температурная чувствительность связана с наличием на коже температурных анализаторов: тепловых и холодовых рецепторов, которые защищают организм от перегревания и переохлаждения. Получив сигнал тревоги от этих рецепторов, мозг дает команду на рефлекторное включение процессов, направленных на поддержание температуры тела на определенном уровне. Температурные анализаторы легко адаптируются, поэтому человек может жить и на крайнем севере, и на юге. Кожа выполняет еще целый ряд защитных функций. Она защищает организм от проникновения в него пыли и химических веществ, выделяет особое вещество лицозим, которое убивает микробы. Кожа дышит. Через специальные поры в коже организм получает 1/180 часть кислорода и выделяет 1/90 часть углекислого газа (диоксида углерода). Поэтому кожа всегда должна быть чистой. Наконец, кожа обладает достаточно высоким сопротивлением электрическому току. Сухая кожа при малых напряжениях порядка 12–42 В имеет сопротивление 100 000 Ом и более, поэтому при этих напряжениях она обеспечивает защиту от опасности поражения электрическим током. С ростом напряжения, приложенного к телу человека, сопротивление кожного покрова резко падает, и при напряжениях более 42 В кожа практически не защищает человека от опасности поражения электрическим током.

1.3.6 Мышечное чувство

Есть такая поговорка: «Мимо рта кусок не пронесешь». Даже в кромешной темноте определить местонахождение рта, уха, носа, руки или ноги помогает нам мышечное чувство.

Контроль за состоянием мышц осуществляют проприорецепторы (лат. proprios – собственный), которые находятся в мышцах, связках, сухожилиях. Сигналы о состоянии мышц посылаются в мозг. Мозг реагирует на сигналы и посылает по нервным волокнам управляющие импульсы к мышцам и проприорецепторам. Импульсы, идущие к мышцам, заставляют их сокращаться, поэтому мы имеем возможность двигать руками и ногами. Импульсы, идущие к рецепторам, не вызывают сокращение мышц, они координируют работу проприорецепторов. Мышечное чувство постоянно информирует мозг о том, что творится в мышцах, дает возможность человеку ощущать каждый свой мускул, принять удобную или необходимую позу.

27

Практика показывает, что от удобного положения тела в большой степени зависят самочувствие, работоспособность и даже безопасность человека. Мышечное чувство учитывают при выборе формы обуви и мебели.

1.3.7 Двигательный аппарат

Сила сокращения мышц, диапазон скоростей, развиваемых руками человека, время реакции организма на раздражители являются основными характеристиками двигательного аппарата человека. Характеристики двигательного аппарата учитываются при конструировании органов управления агрегатами, пультов управления технологическими процессами. Сила сокращения мышц у человека колеблется в широком диапазоне. В среднем сила сжатия правой руки составляет 500 Н, левой – 450 Н. После соответствующей тренировки указанные значения могут быть увеличены в несколько раз. Для приведения в действие сенсомоторных устройств (рычагов, кнопок, переключателей) недопустимо применение слишком больших или слишком малых усилий. При необходимости затрачивать большие усилия человек будет быстро уставать. При малых потребных усилиях человек может не почувствовать сопротивление рычагов управления и его действия могут быть неадекватными.

Скорости, развиваемые руками человека, находятся в пределах от 0,0001 до 80 м/с. Скорость зависит от направления движения. Вертикальные движения рукой осуществляются быстрее, чем горизонтальные. Движения к себе совершается быстрее, чем от себя. Время реакции на раздражители различных анализаторов существенно отличается. Например, время реакции человека на звук составляет 0,12–0,18 с, на тепло и холод – 0,28–1,6 с, на горький вкус – 1,08 с, на соленный вкус – 0,31с, на прикосновение – 0,09 0,22 с.

1.3.8 Органическая чувствительность

Органическая чувствительность (от франц. оrganisme – живое су-

щество) – это чувствительность к раздражителям, находящимся в самом организме. Чувствительные нервные окончания пронизывают все внутренние органы. Мозг получает сигналы не только из внешней среды, но и от внутренних органов. Эти сигналы являются необходимым условием деятельности всего организма. Все анализаторы, посылающие сигналы в мозг от внешних и внутренних раздражителей, работают в тесном взаимодействии. Основу этого взаимодействия, как это было отмечено ранее, составляет обратная связь (рефлексы).

В реальных условиях на каждый анализатор действует одновременно несколько раздражителей, которые оказывают влияние на всю систему анализаторов. Например, чувствительность зрительного анализатора снижается при действии высоких уровней шума, некоторых запахов, температуры. Обеспечивая оптимальные условия деятельности человека, необходимо учитывать все раздражители, действующие на анализаторы человека.

28

1.3.9 Совместимость системы «человек – машина – среда»

Развитие науки и техники позволили человеку переложить тяжелый физический труд на плечи машин. Механизация и автоматизация производств, дистанционное управление, использование электронновычислительной техники резко изменили характер труда и отводят человеку роль оператора, осуществляющего управление машинами, механизмами, технологическими процессами. Работа оператора связана с высокой ответственностью и требует повышенного внимания, интеллектуального (лат. intellectus – познание, понимание) и эмоционального (франц. emotion – волнение) напряжения. При этом возрастают нагрузки на зрение, слух, другие органы чувств, костно-мышечную систему. Поэтому при организации рабочего места оператора необходимо учитывать функциональные возможности человека. Конструкция, количество, размещение приборов и других средств отображения информации (СОИ) должны обеспечивать быстрое и безошибочное считывание информации и при этом не должны вызывать значительного зрительного и общего утомления и чрезмерной загрузки памяти.

Кнопки, клавиши, рычаги управления, их форма, место расположения не должны вызывать значительного утомления мышц. Размер рабочей зоны, форма и размеры пульта управления, стола, стула, кресла, конструкция агрегата, размещение его органов управления играют важную роль в обеспечении тех или иных условий деятельности. Освещение, температурный режим и другие факторы окружающей среды влияют на условия деятельности человека и должны учитываться при организации рабочего места.

Изучение функциональных возможностей человека в системе «человек – машина – среда» с целью создания условий, при которых деятельность может быть продуктивной, а условия труда комфортными, занимается эргономика (греч. ergon – работа, и nоmos – закон) – наука о труде. Ученые утверждают, что система «человек – машина – среда» может эффективно работать и не вредить человеку при соответствующей совместимости характеристик человека, машины и среды.

Называют пять основных видов совместимостей: информационную, биофизическую, энергетическую, пространственно-антропометрическую и технико-эстетическую.

1.4 Характерные состояния системы «человек – среда обитания»

Система «человек – среда обитания» образована собственно средой обитания как частью более общей окружающей среды, причем последняя, помимо пригодных для человека условий, может обладать и свойствами ноксосферы, неприемлемой или опасной для жизнедеятельности человека, а также свойствами гомосферы как области реализации этой жизнедеятельности в определенной среде обитания.

Человек и окружающая его среда в процессе жизнедеятельности постоянно взаимодействуют. При этом «жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потоков вещества, энергии, информации» («закон сохранения жизни» Ю.Н. Куражковского).

29

Можно выделить следующие характерные состояния взаимодействия

всистеме «человек – среда обитания»:

1Комфортное (оптимальное), когда потоки соответствуют оптимальным условиям взаимодействия: создают оптимальные условия деятельности и отдыха и предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и, как следствие, продуктивности деятельности; гарантируют сохранение здоровья человека и целостности компонент среды обитания.

2Допустимое, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здоровье человека, но приводят к дискомфорту, снижая эффективность деятельности человека. Соблюдение условий допустимого взаимодействия гарантирует невозможность возникновения и развития необратимых негативных процессов у человека и в среде обитания.

3Экстремальное (опасное), когда совокупный риск возникновения угроз и опасностей превышает приемлемые значения и становится очень большим, а безопасность жизнедеятельности оказывается существенно ниже допустимого уровня. Отдельные или многие параметры системы оцениваются при этом человеком как ненормально опасные для его здоровья и жизни. Жизнедеятельность человека в таких условиях может характеризоваться либо очень высокой эффективностью и относиться по сути к мобилизационному типу действий в течение строго ограниченного и сравнительно небольшого интервала времени, либо полным отказом от выполнения необходимых действий. Возникающие при этом субъективные ощущения человека и его функциональные изменения хотя и не ведут, как правило, в течение указанного непродолжительного времени к патологическим последствиям, но полностью исключают эффект привыкания к ним. Состояние среды обитания чаще всего можно отнести в подобных случаях к числу аномальных условий.

4 Сверхэкстремальное (чрезвычайно опасное), при котором совокупный риск возникновения угроз и опасностей огромен, а безопасность жизнедеятельности, напротив, оценивается как минимально возможная и совершенно недостаточная без использования специальных защитных средств. Однако даже применение скафандров и других подобного рода защитных средств делает возможность жизнедеятельности человека в таких условиях очень ограниченной по времени и очень низкой по эффективности, хотя и с огромным напряжением всех его духовных и физических сил. Функциональные и физиологические изменения состояния человека достаточно быстро могут стать при этом необратимыми и привести к возникновению патологии его здоровья, даже к частичной или полной потере трудоспособности (инвалидности). В то же время состояние самой среды обитания может либо быть близким к кризисному, либо оно уже успело достигнуть стадии природной (экологической) или техногенной катастрофы со всеми вытекающими из этого негативными для человека и биосферы последствиями. Подобное состояние системы обычно рассмат-

ривается как чрезвычайная ситуация.

30

С позиций безопасности жизнедеятельности только первые два вида условий (комфортные и допустимые) из перечисленных состояний системы «человек – среда обитания» характеризуются как приемлемые для реализации нормальной жизнедеятельности человека (гомосферы) и нормального существования его среды обитания.

Экстремальные и сверхэкстремальные условия жизнедеятельности человека и состояния системы «человек – среда обитания» составляют соответственно область высокого и сверхвысокого уровней опасности (ноксосферу), которые считаются неприемлемыми для нормального существования человека (гомосферы) и его среды обитания.