Вред резонанса для здоровья человека

Резонанс: польза и вред

В нашей жизни происходит много удивительных и порой непонятных явлений. Однако объяснение многих из них может быть достаточно простым, но сразу не бросающимся в глаза. Например, одна из любимейших детских забав – качание на качелях. Казалось бы, что тут сложного – все ясно и понятно. Но задумывались ли вы, почему, если правильно действовать на качели, то размах качаний будет становиться все больше и больше? Все дело в том, что действовать нужно строго в определенные моменты времени и в определенном направлении, иначе результатом действия может быть не раскачивание, а полная остановка качелей. Чтобы этого не произошло, нужно, чтобы частота внешнего воздействия совпадала с частотой колебаний самих качелей, в этом случае размах качания будет увеличиваться. Это явление называется резонансом. Давайте попробуем разобраться, что такое резонанс, где он встречается в нашей жизни и что об этом явлении нужно знать.

С точки зрения физики «резонанс» – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении собственной частоты колебательной системы с частотой внешней вынуждающей силы. Это только внешнее проявление резонанса. Внутренняя причина заключается в том, что увеличение амплитуды колебаний свидетельствует об увеличении энергии колебательной системы. Это может происходить только в том случае, если физической системе сообщается энергия извне согласно закону сохранения и изменения энергии. Следовательно, внешняя сила должна совершать положительную работу, увеличивая энергию системы. Это возможно только, когда внешняя сила является периодически изменяющейся с частотой, равной собственной частоте колебательной системы. Самый простой вариант – вариант с качелями, который мы уже описали, и который возникает во всех маятниковых системах и устройствах. Но это далеко не единственный случай применения человеком эффекта резонанса.

Резонанс, как и любое другое физическое явление, имеет как положительные, так и отрицательные последствия. Среди положительных можно выделить использование резонанса в музыкальных инструментах. Особенная форма скрипки, виолончели, контрабаса, гитары способствует резонансу стоячих звуковых волн внутри корпуса инструмента, составляющих гармонику, и музыкальный инструмент дарит любителям музыки необыкновенное звучание. Известнейшие мастера музыкальных инструментов, такие как Николо Амати, Антонио Страдивари и Андреа Гварнери, совершенствовали форму, подбирали редкие породы древесины и изготавливали специальный лак, чтобы усилить резонирующий эффект, сохранив при этом мягкость и нежность тембра. Именно поэтому каждый такой инструмент имеет свой особенный, неповторимый звук.

Помимо этого, известен способ резонансного разрушения при дроблении и измельчении горных пород и материалов. Это происходит так. При движении дробимого материала с ускорением силы инерции будут вызывать напряжения и деформации, периодически меняющие свой знак, – так называемые вынужденные колебания. Совпадение соответствующих частот вызовет резонанс, а силы трения и сопротивления воздуха будет сдерживать рост амплитуды колебаний, однако все равно она может достичь величины, значительно превышающей деформации при ускорениях, не меняющих знак. Резонанс сделает дробление и измельчение горных пород и материалов существенно эффективнее. Такую же роль резонанс играет при сверлении отверстий в бетонных стенах при помощи электрической дрели с перфоратором.

Явление резонанса мы также используем в различных устройствах, использующих радиоволны, таких как телевизоры, радиоприемники, мобильные телефоны и так далее. Радио- или телесигнал, транслируемый передающей станцией, имеет очень маленькую амплитуду. Поэтому, чтобы увидеть изображение или услышать звук, необходимо их усилить и, вместе с тем, понизить уровень шума. Это и достигается при помощи явления резонанса. Для этого нужно настроить собственную частоту приемника, в основе представляющего собой электромагнитный колебательный контур, на частоту передающей станции. При совпадении частот наступит резонанс, и амплитуда радио- или телесигнала существенно вырастет, а сопутствующие ему шумы останутся практически без изменений. Это обеспечит достаточно качественную трансляцию.

Один из видов магнитного резонанса, электронный парамагнитный резонанс, открытый в 1944 году русским физиком Е.К. Завойским, применяется при исследовании кристаллической структуры элементов, химии живых клеток, химических связей в веществах и т. д. Электроны в веществах ведут себя как микроскопические магниты. В разных веществах они переориентируются по-разному, если поместить вещество в постоянное внешнее магнитное поле и воздействовать на него радиочастотным полем. Возврат электронов к исходной ориентации сопровождается радиочастотным сигналом, который несет информацию о свойствах электронов и их окружении. Этот метод представляет собой один из видов спектроскопии.

Несмотря на все преимущества, которые можно получить при помощи резонанса, не следует забывать и об опасности, которую он способен принести. Землетрясения или сейсмические волны, а также работа сильно вибрирующих технических устройств могут вызвать разрушения части зданий или даже зданий целиком. Кроме того, землетрясения могут привести к образованию огромных резонансных волн – цунами с очень большой разрушительной силой.

Также резонанс может стать причиной разрушения мостов. Существует версия, что один из деревянных мостов Санкт-Петербурга (сейчас он каменный) действительно был разрушен воинским соединением. Как сообщали газеты того времени, подразделение двигалось на лошадях, которых пришлось впоследствии извлекать из воды. Естественно, что лошади гвардейцев двигались строем, а не как попало. Еще один мост – Такомский – висячий мост через пролив Такома-Нэрроуз в США был разрушен 7 ноября 1940 года. Причиной обрушения центрального пролета стал ветер со скоростью около 65 км/ч.

В наше время резонансные колебания, вызванные ветром, чуть не стали причиной обрушения волгоградского моста, теперь неофициально называемого «Танцующим мостом». 20 мая 2010 года ветер и волны раскачали его до такой степени, что его пришлось закрыть. При этом был слышен оглушающий скрежет многотонных металлических конструкций. Дорожное покрытие моста через Волгу в течение часа было похоже на развивающееся на ветру полотнище. Бетонные волны, по словам очевидцев, были высотой около метра. Когда мост «затанцевал», по нему ехало несколько десятков автомашин. К счастью, мост устоял, и никто не пострадал.

Таким образом, резонанс – это очень эффективный инструмент для решения многих практических задач, но и одновременно может быть причиной серьёзных разрушений, вреда здоровью и других негативных последствий.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник

Шумы и их влияние на организм

Звуки преследуют нас всегда, и спастись от них невозможно, потому что матушка-природа об этом, увы, не позаботилась. Кстати, приятные звуки человеческому организму на пользу, и об этом догадывались наши предки еще в III веке до н.э. Именно тогда в Пергамском царстве был построен музыкапьно-медицинский театр на три с половиной тысячи зрителей. С помощью специально подобранных мелодий, спокойных и нежных музыкальных ритмов там лечили от «тоски и мрака душевного». И православная церковь использует благотворное влияние колокольного звона на психику человека: басовые низкочастотные колокола успокаивают, а высокочастотные — наоборот, возбуждают, взвинчивают, приподнимают настроение. А вот беспорядочное смешение звуков различной интенсивности и частоты, мешающее восприятию полезных сигналов, как раз и есть не что иное, как Его Величество ШУМ.

Долгое время человечество обладало эмпирическими знаниями о воздействии звука и шума на функции организма, и лишь недавно серьезно и ответственно этим стала заниматься наука аудиология. Для тою чтобы понять, каково же все-таки это воздействие и чем оно обусловлено, придется немного поднапрячься и вникнуть в несложную терминологию.

Вне романтики звук — всею лишь вибрация, сильно воздействующая на мозг, а посредством его и на организм человека, и на все физиологические процессы Звуковое поле — область пространства, в которой распространяются звуковые волны и происходит перенос энергии. Вот потому звук характеризуют такими понятиями, как высота и сила. Высота оценивается в герцах (Гц) — по фамилии немецкого физика Генриха Герца и означает число колебаний в секунду Диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот находится в пределах от 15 — 16 до 20 000 — 22 000 Гц. Различные части диапазона воспринимаются ухом неравномерно. Лучше всего слышны волны средних («речевых») частот и особенно в зоне 500 — 2000 Гц, хуже крайние участки диапазона, т. е. ниже 50 и выше 10 000 Гц. Ультразвуки (частота свыше 20 000 Гц) и инфразвуки (ниже 16 Гц) даже не воспринимаются ухом, но их воздействие не остается бесследным, и об этом мы обязательно поговорим. Кстати, вот что интересно: собственная частота колебаний барабанной перепонки равна приблизительно 1000 Гц, и в большинстве случаев приятными для нас звуками являются именно те, которые звучат с аналотичной частотой. К таковым относятся «голос» дождя, леса, моря, журчащей воды, а также монотонные, тихие напевы колыбельных песен. Что же касается силы звука, то она измеряемся в единицах, называемых белами в честь Александра Грехема Бела, изобретателя телефона (на практике применяется единица измерения, равная десятой доле бела, — децибел (дБ)). Область слухового восприятия силы звука находится в пределах от 0 до 140 дБ. Шум в 20-30 дБ практически безвреден для человека и составляет естественный звуковой фон, без которою невозможна жизнь. Вообще же изменение звука на 1 дБ — это примерно наименьшее изменение, которое может уловить ухо. Когда сила звука достигает 120 дБ, то ухо уже не только слышит звук, но и чувствует давление. Да что там говорить: даже кожа (!) может «ощущать» звук такой интенсивности. Именно поэтому в древние века существовала мучительнейшая казнь осужденного сажали под большой колокол и били в набат до тех пор, пока несчастный не умирал в страшных муках, будучи не в силах переносить удары акустических волн. (В качестве курьеза хочется привести один из мировых рекордов, приведенных в «Книге Гиннесса»: 125 дБ — такую силу голоса продемонстрировала на соревнованиях 14-летняя шотландская школьница, перекричавшая шум взлетающею Боинга ). У предков человека шум был сигналом тревоги, указывающим на возможную опасность. Под его воздействием быстро активизировалась симпатико-адреналовая и сердечнососудистая системы, а также газообмен. К крови повышался уровень сахара и холестерина — таким образом организм готовился к борьбе или бегству. У современного человека шум в 60 — 90 дБ вызывает увеличение секреции гормонов гипофиза, симулирующих выработку адреналина и норадреналина. Кроме того, усиливается работа сердца, сужаются сосуды, повышается артериальное давление.Под влиянием шума нарушается деятельность мозга меняется характер электроэнцефалограммы, снижаются острота восприятия и умственная работоспособность, значительно ухудшается пищеварение.

При длительном воздействии шума высокой силы и частоты в органе слуха происходят необратимые изменения, и человек может оглохнуть уже через 1-2 года.

Но иногда негативный процесс развивается не так стремительно, и глухота подступает исподволь, незаметно, в течение 5-10 лет. Но процесс. идет К сожалению, количество сенсорных клеток восстанавливается только в естественном порядке – «убитые» выходят из строя навсегда. Такую глухоту называют сенсорной тугоухостью, или шумовой травмой Один из ее тревожных симптомов нарастающие трудности в понимании речи В первую очередь обычно исчезает способность слышать согласные звуки, которые образуют структуру слов: они «выше» по частоте и более мягкие в произношении, чем гласные звуки, расположенные в более низком диапазоне частот.

Чем еще может «порадовать» шум?

Совсем недавно в Германии были опубликованы данные исследований министерства экологии, из которых следует, что шум — второй после курения фактор риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, он мешает логическому мышлению, вызывает общее переутомление, ослабление внимания, приводит к несчастным случаям, снижает производительность труда примерно на 10 — 15% и одновременно значительно ухудшает его качество. Испанцы вообще твердо убеждрны, что шум является «загрязнителем рабочей среды» и наносит серьезный ущерб здоровью служащих, так как:

— его воздействие приводит к повышению давления;
— у 60% персонала происходят нарушения сна и изменения в характере далеко не в лучшую сторону;
— 5% сотрудников становятся вспыльчивыми и раздражительными;
— у 28% женщин нарушается менструальный цикл;
— 40% людей теряют слух.

Именно поэтому установлены ограничения и изданы нормативы, регламентирующие шумовое воздействие на людей. По информации Всемирной организации здравоохранения, человек не может отдыхать при шуме свыше 40 децибел Для подростков предельно допустимая сипа звука — 70 дБ, для взрослых — 90 дБ.
Зоны свыше 85 дБ опасны, а в зонах с шумом, превышающим 135 дБ, запрещено даже кратковременное пребывание людей. Шум в 150 дБ переносится человеком, а при 180 дБ уже наступает «усталость» металлов (!) и выбиваются заклепки. Теперь уже вряд ли кто-то назовет полезными звуки дискотеки: их сила порой достигает 105 — 110 дБ, что приравнивается к грохоту, производимому деревообрабатывающими станками. Кстати, врачи заметили, что даже поездки в метро не безопасны для нашего здоровья: звук тормозящего поезда иногда достигает 110-120 дБ и совсем чуть-чуть уступает реву реактивного двигателя, который равен 140 дБ.

Профессиональная глухота чаще всего поражает людей «шумных» профессий: клепальщиков, молотобойцев, ткачей, артиллеристов, звукорежиссеров, музыканов джазовых и симфонических оркеиров. К группе риска относятся даже космонавты, поскольку круглосуточная работа приборов и вентиляторов создает на космических станциях шумовой фон 80 децибел.

Шум, безусловно, способен на многое. В некоторых странах приняты законы, запрещающие жителям шуметь после определенного времени суток. В Германии всякий гражданин имеет право вызвать полицию, если соседи мешают ему спать. Существуют даже научно-популярные брошюры о том, что следует и что не следует считать шумом, а также что преследуется по закону. Однако еще никогда недовольство шумом не доходило до убийства. Но рано или поздно в этой жизни случается все. 16 июня 2001 года в бывшей столице Бразилии Рио-де-Жанейро пенсионер застрелил из охотничьего ружья 14-летнюю девочку и ранил ее подругу только за то, что дети шумели во время игры.

Слабый шум «ведет» себя по-разному. Но это уже больше зависит от возраста, состояния здоровья и индивидуального отношения. Вспомните: когда вы чем-нибудь заняты, то вряд ли замечаете и реагируете на шум, производимый собствен ной персоной. А вот посторонние, отвлекающие шумы могут раздражать до бешенства. Так что, если захотите узнать, какой у вас тип высшей нервной деятельности, проверьте себя слабым шумовым воздействием. При этом возьмите на заметку, что менее чувствительны к шуму люди сильные и уравновешенные.

И уж если так вреден слышимый шум, то как же ведут себя его безголосые вездесущие «братья»? В начале недавно отшумевшего века американский физик Роберт Вуд выяснил, что инфразвук вызывает у людей болезненные реакции. Когда ученый включил в одном из лондонских театров инфразвуковую трубу, которая, по его замыслу, должна была создать в зале тревожное настроение, зрителей обуял самый настоящий ужас. В зале же творилось необьяснимое дребезжали оконные стекла, звенели хрустальные подвески канделябров.

При частоте 5 Гц повреждается печень, 6 Гц — развивается морская болезнь, а также ощущение усталости, тоски. Инфразвук в 7 Гц может остановить сердце и разорвать кровеносные сосуды. Низкие частоты способны вызвать панику или приступ безумия. Советский психиатр М. Никитин в 1934 году наблюдал припадки у больных эпилепсией, слушающих игру на органе. Оказывается, органные трубы порождают и инфразвуки. Причем для звука, вызывающего незначительные изменения в настроении, большой интенсивности не надо. Исследователи, проводившие опыты по воздейгтвию низкочастотных колебаний на человека, собирали большую аудиторию на лекцию, и затем, когда слушатели были особенно поглощены рассказом, излучали с помощью специального аппарата инфразвук. И люди уходили, не вынося его действия, хотя и не осознавали, почему они это делают.

В природе такие колебания порождаются грозами и сильнейшими ветрами, солнечными вспышками и штормами; сопутствуют выстрелам, взрывам, обвалам, землетрясениям. Во время даже небольшого шторма мощность инфразвуков достигает десятков киловатт, и влияние их распространяется на сотни километров вокруг. Промышленные инфразвуки исходят от заводских вентиляторов, воздушных компрессоров, дизелей, всех медленно работающих машин. Никуда не деться и от такого привычного постоянного источника, как городской транспорт.
Однако определенные низкочастотные звуки, действуя на слуховые анализаторы мозга, «убеждают» человека бросить курить, спокойно спать, соблюдать диету, быстро читать, усваивать иностранные языки, преодолевать стрессы и испытывать нежные чувства. В Японии, например, выпущены музыкальные магнитофонные кассеты с наложенным на пленку низкочастотным текстом, неуловимым для слуха человека, но воспринимаемым его сознанием. А в закрытых лабораториях тем временем (что уж скрывать?) полным ходом идут исследования по созданию инфразвукового оружия.

Ультразвуки не менее. «молчаливы», но обнаруживают свое действие весьма ощутимыми проявлениями. Они оказывают сильное влияние на живые организмы: нити водорослей разрываются, клеточки животных лопаются, кровяные тельца разрушаются; мелкие рыбы и лягушки умерщвляются за 1 — 2 минуты; температура тела испытуемых животных повышается — у мыши, например, до 45°С.

Неслышимые ультразвуки, как и невидимые ультрафиолетовые лучи, нашли применение в медицине. Так, ученые заметили, что различные шумы вызывают резонанс в мышечных тканях, что приводит к непроизвольным сокращениям мышц без участия мозга. Мышцы сокращаются незначительно, но именно это вызывает потребность произвести более основательные движения. Таким образом, если необходимо побудить людей к каким-либо действиям, шумы и ударные инструменты могут оказать значительную помощь. Для преодоления тормозящих влияний парасимпатической и эндокринной систем используются звуки с частотой около 0,9 Гц. Это песни и музыкальные произведения, активизирующие функцию внешнего дыхания, вследствие чего развивается гипероксия мышечной ткани и повышается так называемый тонус: энергия выплескивается через край, а состояние сонливости и готовности к отдыху исчезает, сменяясь бодростью и жаждой активных действий.

Однако не все шумы способны побуждать людей к активности. Точнее, различные группы мышц возбуждаются от различных видов шумов. Более того, шум должен быть прерывистым. Наиболее сильно способствуют активности мышц так называемые розовый (300 — 1200 Гц) и коричневый (25 — 300 Гц) шумы. Наименее результативным и одновременно наиболее распространенным является белый шум (от 1000 — 20000 Гц), присутствующий в шорохе листьев, порывах ветра, шипении пара. Зрители на больших стадионах криками и разговорами генерируют розовый икоричневый шумы, что является одной из причин буйства толпы, происходящего во время футбольных матчей. Драки и погромы, сопровождающие большие спортивные соревнования, — следствие повышенной мышечной активности: ведь вялый, сонный и уставший человек не станет всего этого делать. Конечно, стимуляторами активности футбольных фанатов являются многочисленные факторы — звук лишь один из них, причем довольно значительный. Соответствующий шум может акцентировать кульминационный момент публичного выступления. Для этого после важной фразы, сказанной оратором, должен последовать достаточно громкий (или периодически возникающий и исчезающий) коричневый шум.

Гул, являющийся фоном речи, активизирует людей, и оратору легче побудить их к каким-либо действиям. Этот прием используют во время своих предвыборных кампаний многие американские политики, выступающие под одобрительные крики, гул толпы и т. п. В свое время Роберт Кох предсказал: «Когда-нибудь человечество вынуждено будет расправляться с шумом столь же решительно, как оно расправляется с холерой и чумой». Расправляться начали уже давно: еще за три тысячи лет до нашей эры шумеры приказывали оружейникам убирать свои мастерские из центра городов. Юлий Цезарь почти 2000 лет назад в Риме запретил езду ночью на грохочущих колесницах. Тогда же появился запрет на петушиное пение до наступления рассвета. А всего 400 лет назад королева Англии Елизавета III издала закон, который существует по сей день и запрещает мужьям бить своих жен после 10 часов вечера и до пяти утра: «чтобы их крики не беспокоили соседей».

Современная наука накопила большой арсенал средств защиты от шума.

Основными направлениями снижения акустического загрязнения окружающей среды являются:

уменьшение шума непосредственно в источнике;
снижение уровня шума на пути распространения от источника к объекту воздействия;
архитектурно-планировочные мероприятия;
организационные мероприятия;
индивидуальные средства защиты.

В жилых помещениях уровень шума регулируется установкой окон с тройными стеклами, использованием шумозащитных строений в качестве акустических экранов, выносом шумных производств за городскую черту. Но вот что поразительно: самым лучшим поглотителем звука является открытое окно (так же, как лучшим поглотителем света служит отверстие)! На сегодняшний день уже придумали и успешно пользуются индивидуальными средствами защиты от шума — антифонами, вкладышами, шлемами. Противошумные наушники должны применяться везде, где уровень шума превышает 90дБ при продолжительности работы 8 часов. Чтобы не нанести вреда здоровью, необходимо соблюдать правило: начиная с 90 дБ, увеличение шума на каждые 3 дБ должно повлечь за собой сокращение рабочего времени в два раза. Например, при уровне шума 91 — 94 дБ продолжительность работы (без дополнительной защиты) может равняться 4 часам; от 94 до 97 дБ — 2 часам; а от 103 до 106 дБ — всего 15 минусам Будем надеяться, что средства борьбы с шумами станут еще более эффективными, а Земля все же не превратиться в планету тишины и безмолвия.

Проверить слух и вообще решить все проблемы с ЛОР-органами Вы можете в медицинском центре «Код Здоровья».

Источник