Лабораторно–практичне заняття 2 Дослідження факторів навколишнього середовища, які впливають на психофізіологічний стан людини

Мета роботи:  а) з’ясувати, які фізичні параметри навколишнього середовища впливають на психофізіологічний стан людини; б) сформувати знання про вплив електромагнітних випромінювань, вібрації й шуму на організм людини; в) визначити параметри шумів та порівняти їх із допустимими нормами.

Обладнання: вимірювач шуму й вібрації ВШВ–003 із технічним паспортом, навчально–методичні посібники.

Теоретичні відомості

На психофізіологічний стан людини суттєво впливають такі фізичні фактори навколишнього середовища, як електромагнітні випромінювання, вібрація і шум від різноманітного обладнання.

1. Електромагнітні випромінювання у навколишньому середовищі. Електромагнітні випромінювання – це процес утворення вільного електромагнітного поля, яке випромінює прискорено рухомі заряджені частинки. Головними їх джерелами є телевізійні й радіолокаційні станції, високовольтні мережі електропередач, електротранспорт, устаткування для радіозв’язку, комп’ютерна техніка тощо.

Підвищений рівень електромагнітних випромінювань завдає шкоди здоров’ю людини. Передусім від цього страждають нервова й серцево–судинна системи, виникають головний біль, перевтома, порушення сну.

Особливо небезпечними є райони біля радіотелецентрів і високовольтних ліній електропередач, де рівень електромагнітних випромінювань перевищує допустимі норми, що негативно впливає на людину, порушує природну міграцію тварин, процеси росту рослин тощо.

Для зменшення впливу електромагнітних випромінювань на організм людини, від яких неможливо повністю ізолюватися (екрануватися), рекомендують:

• обходитися якомога меншою кількістю електроніки у побуті;

• не встановлювати комп’ютерну техніку й радіотелефони у спальних кімнатах;

• не залишати увімкненими на ніч електронні пристрої у спальній кімнаті (телевізор, музичні центри, пристрої для підзарядки мобільних телефонів тощо);

• не встановлювати ліжка й дивани у спальні в закутках кімнати, де “накопичуються” випромінювання від різних джерел;

• не залишати на тривалий час з’єднану з мережею електричну грілку, яка створює напруженість електричного поля, що у 90 разів перевищує гранично допустимий рівень.

Електромагнітні поля виникають також в атмосфері при атомних вибухах. Вони є короткочасними, тому називаються електромагнітними імпульсами.

Одночасно з ними виникають радіохвилі, що сприймаються апаратурою як перешкоди. Під дію електромагнітного імпульсу можуть потрапити лінії зв’язку, електропостачання, а також апаратура, що пов’язана з ними. Захистом від електромагнітних випромінювань є екранування, засоби індивідуального захисту, скорочення часу перебування в зоні електромагнітного випромінювання.

2. Вплив вібрації на організм людини. Вібрація – це рух точки або механічної системи, при якому відбувається почергове зростання та зменшення у часі значень хоча б однієї координати. Наприклад, під вібрацією можна розуміти механічні коливання тіла, які характеризуються частотою, амплітудою, швидкістю та прискоренням.

Серед усіх видів механічних впливів на організм людини вібрацію вважають найбільш небезпечною. Вона сприймається людиною як природне навантаження, подібне до важкої праці. Шуми різної інтенсивності частотою менше 20 Гц сприймаються людиною теж як вібрація.

За способом впливу на тіло людини вібрацію поділяють на:

• загальну, яка передається через опорні поверхні;

• місцеву (локальну), яка передається через окремі частини організму людини (наприклад, кінцівки).

У виробничих умовах частіше трапляються випадки комбінованого впливу вібрації – одночасно загальної й локальної. Вібрація викликає порушення фізіологічного й функціонального станів людини. Якщо частота коливань на робочому місці близька до власних частот окремих внутрішніх органів, то можуть виникати механічні ушкодження й зміщення цих органів, що створює загрозу здоров'ю, а інколи – й життю.

Стійкі шкідливі зміни фізіологічного стану, які виникли під дією вібрацій, називають вібраційною хворобою, основними симптомами якої є: головний біль, заніміння пальців рук, біль у кистях та передпліччі, судоми, безсоння, підвищена чутливість до охолодження тощо.

Найбільш поширеною є така форма цієї хвороби, яка виникає внаслідок впливу локальної вібрації і характеризується ураженням нервової й опорно–рухової систем. Загальна вібрація, наприклад, викликає у водіїв транспортних засобів вібраційну хворобу, основним симптомом якої є вестибулопатія. Ознаками вияву вестибулопатії є запаморочення, головний біль, гіпергідроз (підвищена пітливість).

Основними параметрами, що характеризують вібрацію, є: частота ƒ (Гц); амплітуда зсуву А (м) – розмір найбільшого відхилення точки, що коливається, від положення рівноваги; коливна швидкість (віброшвидкість) ν (м/с); коливальне прискорення (віброприскорення) а (м/с²).

Негативні відчуття від дії вібрації виникають, коли прискорення становить 5 % прискорення вільного падіння, тобто при 0,5 м/с². Резонансні частоти для окремих частин тіла різні й знаходяться в діапазоні 2–60 Гц. Наприклад, резонансна частота серця, діафрагми і грудної клітки наближається до 5 Гц, голови – 20 гц, очних яблук – 60 Гц. Частоти людей, які сидять, становлять від 3 до 8 Гц.

Установлено, що з віком ризик захворювання на вібраційну хворобу збільшується. Ступінь негативного впливу вібрації підвищується за умов одночасного впливу на людину інших фізичних забруднювачів навколишнього середовища, зокрема інтенсивного шуму та несприятливих метеорологічних умов (параметрів мікроклімату).

Джерелами вібрації у містах є автомобільний транспорт, будівельна техніка, промислове устаткування тощо. Найбільш потужне джерело вібрації – рейковий транспорт, коливання ґрунту поблизу якого сягає 6–7 балів за шкалою Ріхтера. Наприклад, у метрополітені інтенсивна вібрація поширюється на відстань до 100 і більше метрів.

В окремих випадках вібрація може мати стимулювальний вплив на людину. Наприклад, короткочасна дія вібрації певної частоти й інтенсивності знижує больову чутливість, а вібромасаж знімає м’язову втому і використовується для прискорення відновлювальних процесів нервової та м’язової систем.

3. Негативний вплив шуму на організм людини. Однією з поширених форм фізичної дії середовища, що безпосередньо впливає на самопочуття й працездатність людини, є шум. Тривала дія шуму на людину вповільнює перебіг розумових процесів, унаслідок чого людина стає пригніченою, неуважною, дратівливою. Це може спричинити аварії на виробництві, конфліктні ситуації у побуті, а також інші негативні наслідки.

Шум є не менш небезпечним, ніж забруднення води чи повітря. Він як один із небезпечних стресових факторів може призвести до захворювання слухового нерва (туговухості) у поєднанні з функціональними розладами центральної нервової, вегетативної, серцево–судинної та інших систем організму. Такі порушення діяльності різних систем людського організму класифікують як “шумову хворобу”, що не виліковується. Підступність захворювань органів слуху полягає в тому, що майже всі вони розвиваються поступово й непомітно для людини.

Під шумом розуміють сукупність звуків різної частоти й інтенсивності в діапазоні від 16 до 20 000 Гц, які заважають роботі та відпочинку.

За одиницю вимірювання інтенсивності звуку прийнято децибел (дБ). Ця фізична величина показує, у скільки разів у десяткових логарифмічних значеннях цей звуковий тиск (сила звуку) більший від порогового слухового відчуття. Приріст інтенсивності звуку на 0,1 дБ уже відчутний для органів слуху людини.

Органи слуху людини мають неоднакову чутливість до звукових коливань різної частоти, тому весь діапазон частот на практиці розподілений на октавні смуги.

Октава – смуга частот із межами f1 – f2, де f2/f1 = 2. Середньогеометрична частота визначається за формулою:

fс = (3.1)

Увесь спектр звукових частот розподіляється на 8 октавних смуг:

45–90; 90–180; 180–360 ... 5600–11200 Гц.

Відповідно середньогеометричні частоти октавних смуг становлять: 63, 125, 250, 500 ... 8000 Гц.

Рівень шуму 20–40 дБ не є шкідливим для людини, це природний шумовий фон (розмова людей без підвищеної тональності, шум води, яка тече, тощо). Допустима межа звуку різної тональності сягає 80 дБ (шум автомобілів на автомагістралі, пилосмок на відстані трьох метрів). Невеликий біль у вухах людина відчуває вже при величині шуму 120 дБ (гучна музика, автомобільна сирена), а при 140 децибелах настає поріг нестерпності звуку (робота двигунів реактивного літака в момент його зльоту).

Негативний вплив шуму на продуктивність праці та здоров’я людини загальновідомий, але слід звернути увагу на те, що наслідки його дії індивідуальні. У деяких людей погіршення слуху настає через декілька місяців, а у інших – не настає навіть і через декілька років роботи в умовах підвищеного рівня шуму. Установлено також, що для 30% людей шум є причиною передчасного старіння.

Сильний звук, шкідливий сам собою, створює ще й вібрацію. Одночасна дія цих двох чинників негативно впливає на нервову систему та клітини головного мозку. Шум руйнує організм навіть тоді, коли людина його не відчуває, наприклад, спить або дуже захоплена. Це пов’язано з тим, що на пристосування до шуму організм витрачає значну кількість енергії. Виникає своєрідний стрес, який спричиняє різноманітні захворювання. Наприклад, серед жителів гомінких міських вулиць жертв інфаркту міокарда набагато більше, ніж у середньому по країні.

Мільйони людей утрачають слух від тривалого сприймання звукової інформації (особливо гучної музики) через навушники. Така музика негативно впливає на людину і без навушників, наприклад, у чверті постійних відвідувачів дискотек розвивається глухота. Учені з’ясували, що причина криється у значних перепадах рівнів звуку (60–110 дБ) у сучасних музичних хітах. Для того, щоб почути тихий звук, слухачі просять увімкнути підсилювальний пристрій на велику (повну) потужність. А в симфонічних творах звуки переливаються у діапазонах 40–60 дБ, що більш звично для слуху.

Існує хибна думка, що підвищений рівень шуму впливає на людину лише на виробництві, внаслідок чого розвивається професійна “шумова хвороба”. Але не набагато тихіше в житлових будинках через постійне збільшення кількості сучасної побутової техніки, а в закладах освіти дуже часто рівень шуму перевищує 80–100 дБ (при нормованих значеннях: 40–60 дБ – під час занять і 80 дБ – на перервах).

За характером порушення фізіологічних функцій організму людини шум поділяється на:

• такий, що заважає (перешкоджає мовному зв’язку);

• подразнювальний (викликає нервове напруження, зниження працездатності, загальну перевтому);

• шкідливий (порушує фізіологічні функції на тривалий час і викликає розвиток хронічних захворювань органів слуху, гіпертонію, виразку шлунка, які безпосередньо або опосередковано пов'язані зі слуховим сприйняттям);

• травмувальний (різко погіршує фізіологічні функції організму людини).

4. Способи зменшення рівня шумового забруднення та його нормування. Основними методами боротьби із шумовим забрудненням є: зменшення шуму в джерелах його утворення; зниження його рівня на шляхах поширення; послаблення дії на організм людини за рахунок організаційних та медичних заходів і за допомогою засобів індивідуального захисту.

Зменшення шуму в джерелі його виникнення досягається завдяки комплексу заходів:

– конструктивних (акустичне проектування шумних підприємств, озеленення територій господарств і населених місць, розробка досконалих конструкцій двигунів машин і вузлів, зменшення навантаження та маси обертальних частин, застосування малошумних підшипників, вдосконалення та використання індивідуальних засобів захисту – заглушок, антифонів, навушників);

– технологічних (удосконалення технологічних процесів виготовлення деталей, поліпшення якості складання вузлів тощо);

– експлуатаційних (виконання щомісячного технічного обслуговування та регулювання, збереження однакової стійкості з’єднувальних деталей, усунення перекосів, осьових люфтів, своєчасне регулювання та змащування з’єднувальних деталей).

До заходів боротьби із шумом на шляху його поширення належать:

– розміщення джерел шуму відносно оператора машини;

– дистанційне керування машинами та повна автоматизація процесів;

– звукоізоляція (установлення звукоізоляційних конструкцій, встановлення акустичних екранів);

– звукопоглинання (установлення звукопоглинальних конструкцій і кожухів, застосування активних і реактивних глушників шуму, застосування звукопоглинальних облицювань, покриттів і мостів).

Боротьба із шумом та його наслідками за допомогою організаційних і медичних заходів здійснюється завдяки: установленню раціонального режиму праці; суміщенню шумних і безшумних робіт; прийманню теплих душів і ванн; забезпеченню повноцінного сну та відпочинку, раціонального харчування працівників; здійсненню медичного відбору за професійною придатністю; проведенню експертизи працездатності в умовах шуму.

До заходів боротьби із шумом за допомогою засобів індивідуального захисту відносять протишумові тампони, навушники, шумозахисні шоломи, протишумовий одяг.

В Україні застосовується принцип нормування шуму на основі граничних спектрів (гранично допустимих рівнів звукового тиску) в октавних смугах частот. Граничні величини шуму регламентуються санітарно–гігієнічними нормами, в яких закладено принцип встановлення певних параметрів шуму, виходячи із класифікації приміщень за їхнім призначенням для різних видів діяльності.

Допустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот та еквівалентні рівні звуку на робочих місцях слід вибирати згідно з таблицями. Шум вважається допустимим, якщо вимірювані рівні звукового тиску у всіх октавних смугах частот нормованого діапазону (63—8000 Гц.) будуть нижчі, ніж значення, котрі визначаються граничним спектром.

Використовується також принцип нормування, який ґрунтується на регламентуванні рівня звуку в дБ і вимірюється при увімкненні коректованої частотної характеристики А шумоміра. У цьому випадку здійснюється інтегральна оцінка всього шуму, на відміну від спектральної.

Допустимий рівень шуму в закладах освіти можна порівняти з лабораторіями для теоретичних робіт, норми для яких наводяться у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Допустимі спектри рівнів звукового тиску

Робоче місце	Рівень звукового тиску у дБ в октавних смугах із середньогеометричними частотами, Гц								Рівень звуку, дБ
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Лабораторії для теоре-тичних робіт	71	61	54	49	45	42	40	38	60

5. Вимірювач шуму й вібрації ВШВ–003

5.1. Опис приладу. Вимірювач ВШВ–003 призначений для вимірювання та частотного аналізу параметрів шуму й вібрації. Його зовнішній вигляд подано на рис. 2.1. Принцип дії приладу ґрунтується на перетворенні звукових і механічних коливань у пропорційні електричні сигнали, які потім підсилюються й фіксуються в имірювальним пристроєм.

Рис. 2.1. Зовнішній вигляд вимірювача шуму й вібрації ВШВ–003.

5.2. Вимірювання рівнів звукового тиску на частотних характеристиках “ЛИН”, С, В, А. Обережно з’єднайте мікрофонний капсуль М 101, який входить до комплекту, із підсилювачем. Перемикачі приладу встановіть у положення: “ДЕЛИТЕЛЬ”, dB 1–80, “ДЕЛИТЕЛЬ”, dB 2–50, “ФИЛЬТРЫ”–“ЛИН”, “РОД РАБОТЫ” – “F”. Через одну хвилину проведіть вимірювання. Для визначення результатів вимірювань додайте покази світлодіода й вимірювального приладу за шкалою децибел.

Вимірювання рівнів звукового тиску за характеристиками А, В, С проводять аналогічно, при цьому перемикач “ФИЛЬТР” ставлять у кожне з положень “А”, “В”, “С”. При вимірюванні звукового тиску в октавних смугах частот використовують необхідні фільтри.

Завдання до виконання роботи

1. Опрацювати навчальний матеріал, наведений у теоретичних відомостях лабораторно–практичного заняття.

2. Виміряти інтенсивність шумового забруднення у класі та порівняти його з допустимими нормами.

3. Оформити результати вимірювань у вигляді табл. 2.2. і зробити висновок.

4. Створити навчальний алгоритм і структурно–логічну схему вивчення поняття “шумове забруднення”.

Таблиця 2.2

Результати дослідної роботи

Частотні характе–ристики	Рівень звукового тиску у дБ в октавних смугах із середньогеометричними частотами, Гц								Рівень звуку, дБ
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
“ЛИН”
А
В
С

Контрольні питання

1. Які фактори навколишнього середовища впливають на психофізіологічний стан людини?

2. У чому полягає негативна дія електромагнітного випромінювання на організм людини?

3. Наведіть приклад надзвичайної ситуації антропогенного походження, пов’язаної з електромагнітним забрудненням навколишнього середовища.

4. Якими параметрами характеризують вібрацію?

5. Чому резонансні частоти при виникненні вібрацій різні для окремих ділянок тіла людини?

6. Яку смугу звукових частот називають октавною?

7. Як пов’язаний рівень шумового забруднення із продуктивністю праці людини?

8. Чому виникає “шумова хвороба”?

9. Який рівень шуму вважається гранично допустимим для закладів освіти?