Исследование вибрации. Измерение вибрации. Влияние вибрации на человека
Мы еще со школьных лет знакомимся с такой наукой, как физика. Колебания, частоты, ускорение - все эти понятия наверняка вам знакомы. В этой статье мы рассмотрим более подробно такую важную тему, как вибрация. Каждый из нас сталкивается с этим явлением в повседневной жизни.
Что же такое вибрация? Определение можно дать следующее: это колебательные механические движения, которые передаются непосредственно телу человека. Главными ее физическими характеристиками являются частота и амплитуда колебаний. Измерение вибрации по амплитуде осуществляется в сантиметрах или метрах, а по частоте - в герцах.
Как следует оценивать вибрацию по ускорению и скорости?
При всяком колебательном движении скорость и ускорение непрерывно изменяются. Ускорение наибольшим является на осевой линии колебания, а в крайних позициях оно наименьшее. Учитывая это, измерение вибрации осуществляется по ускорению и скорости. Отчет децибел при этом ведется от опорной виброскорости (условной), которая равна 5∙108 м/с, а также виброускорения - 3∙104 м/с2. Виброускорение и виброскорость выражаются относительно нулевых порогов в децибелах. Порог восприятия при этом составляет примерно 70 дБ. Частота вибрации низкочастотной не превышает 32 Гц, а высокочастотной составляет более 32 Гц.
Источники вибрации
Это широко используемые в строительстве, промышленности, быту, сельском хозяйстве, транспорте электрические и пневматические механизированные ручные инструменты, различное оборудование и машины, транспортные средства, станки. Вибрация широко используется не только в технике, но также и в медицине для лечения мышечных и нервных заболеваний (вибромассаж, вибротерапия).
Воздействие вибрации
Вибрация - это фактор, который обладает большой биологической активностью. Направленность, глубина и характер физиологических сдвигов разных систем человеческого организма определяются ее спектральным составом, уровнями и физическими свойствами человеческого тела. Важную роль в генезисе данных реакций играют анализаторы - кожный, зрительный, двигательный, вестибулярный и др.
Нужно отметить большую роль, которую играют в субъективном восприятии вибрации биохимические свойства тела человека. Действие ее на организм опосредуется такими явлениями, как физическое воздействие контакта на поверхность, распространение по тканям колебаний, непосредственная реакция в тканях и органах на воздействие, раздражение механорецепторов, которые вызывают субъективные и нейрорецепторные реакции.
Сегодня накоплен значительный клинический и экспериментальный материал по данной проблеме. Исследование вибрации показало, что возникающие под ее действием расстройства двигательной функции обусловлены как непосредственным поражением мышц, так и нарушениями регуляторных воздействий ЦНС. Преобладание диффузных сдвигов при этом можно объяснить изменениями в функционировании суперспинальных структур, а большую выраженность, которую имеют в мышцах локальные изменения, - их непосредственной травматизацией. Наиболее чувствительными к воздействию вибрации локальной являются отделы симпатической нервной системы, которые регулируют тонус периферических сосудов, и отделы периферической нервной системы, которые связаны с тактильной и вибрационной чувствительностью.
Исследование вибрации дало право утверждать, что параметрами ее воздействия в первую очередь определяется направленность сосудистых нарушений. При механических колебаниях частотой более 35 Гц в капиллярах происходят спастические явления, а ниже наблюдается картина атонии капилляров. Самой опасной с точки зрения возможного развития спазма сосудов является область частот от 35 до 250 Гц.
Негативное влияние при выполнении рабочих операций
Вибрация может мешать прямым путем выполнению рабочих операций, а также влиять косвенно на работоспособность человека, снижая ее. Некоторые авторы, проводящие исследование вибрации, рассматривают ее как сильный стресс-фактор, который оказывает негативное воздействие на психомоторную работоспособность. Кроме того, страдает умственная деятельность и эмоциональная сфера, а также увеличивается вероятность несчастных случаев.
Колебательная скорость
Установлено, что шум и вибрация энергетически действуют на человеческий организм. Поэтому последнюю начали характеризовать спектром выраженной в сантиметрах в секунду колебательной скорости или же измерять в децибелах, как и шум. Условно была принята в качестве пороговой величины механических колебаний скорость, составляющая 5∙106 см/сек. Только при непосредственном соприкосновении организма с содрогающимся телом либо через соприкасающиеся с ним другие твердые тела ощущаются (воспринимаются) механические колебания. При соприкосновении с их источником, издающим (генерирующим) басовый звук, вибрации (самых низких частот), вместе со звуком также воспринимается сотрясение.
Общая и местная
Различают общую и местную вибрацию в зависимости от распространения механических колебаний по частям тела человека. При местной подвергается сотрясению только часть тела, непосредственно соприкасающаяся с поверхностью, которая содрогается. Чаще всего это руки. Такое происходит при работе с некоторыми ручными инструментами или при удержании детали машины и других дрожащих предметов.
Местная вибрация иногда передается на части тела, которые соединены суставами с непосредственно подвергающимися ей органами. Но амплитуда колебаний данных частей тела бывает обычно ниже, поскольку по мере передачи по тканям (особенно мягким) колебаний они постепенно затухают. Напротив, общая вибрация оказывает воздействие на все тело. Это происходит в основном от механических колебаний поверхности, где находится рабочий.
Вибрационная болезнь
При воздействии на организм человека вестибулярных раздражителей оценка и восприятие времени нарушаются, а также снижается скорость обработки информации. Нарушение координации движения вызывает низкочастотная вибрация. Самые выраженные изменения при этом отмечаются при частотах в диапазоне от 4 до 11 Гц.
К стойким патологическим нарушениям в человеческом организме приводит длительное воздействие вибрации. Всесторонний анализ данного патологического процесса привел к выделению его в отдельную нозологическую форму заболевания профессионального - вибрационную болезнь. Она продолжает удерживать одно из ведущих мест в числе других профессиональных заболеваний. Ее порождает использование не отвечающих нормативным требованиям ручных машин, а также увеличивающаяся специализация труда, которая ведет к повышению общего времени воздействия механических колебаний на организм. С увеличением длительности и интенсивности воздействия вибрации возрастает вероятность развития данной болезни. Существенное значение при этом имеет индивидуальная чувствительность. Переутомление, охлаждение, шум, алкогольное опьянение, мышечное напряжение и др. усиливают вредное воздействие.
Стадии вибрационной болезни
Выделяют 4 стадии данного заболевания по степени выраженности:
- начальная (I);
- умеренно выраженная (II);
- выраженная (III);
- генерализованная (IV, крайне редко встречается).
Негативное воздействие общей вибрации
Общая низкочастотная вибрация, в особенности резонансного диапазона, может вызвать долговременную травматизацию костной ткани и межпозвоночных дисков, смещение органов, расположенных в брюшной полости, а также боли в пояснице, дегенеративные изменения позвоночника, хронический гастрит и др.
У подвергающихся в течение долгого времени подобному воздействию женщин отмечается увеличение частоты гинекологических заболеваний, преждевременных родов, самопроизвольных абортов. Вибрация низкочастотная у женщин вызывает нарушение кровообращения в органах малого таза.
Механические колебания в жилых зданиях
Исследование вибрации очень важно осуществлять не только в производственных зданиях, но и в жилых домах. Дело в том, что она представляет опасность не только для здоровья рабочих, но и для некоторых других групп населения. В жилых зданиях влияние вибрации на человека оказывается благодаря использованию промышленных установок, транспорта, инженерно-технологического оборудования. Наиболее воздействует на организм по интенсивности колебаний городской рельсовый транспорт: железнодорожные магистрали, открытые участки метрополитена.
Возникающая от движения поездов в зданиях вибрация имеет прерывистый регулярный характер. Амплитуда колебаний по мере удаления от ее источника снижается. Говоря о распространении колебаний по этажам многоэтажного помещения, следует сказать, что на верхних может наблюдаться, в зависимости от резонанса, как усиление, так и ослабление вибрации. При этом типы конструкций помещений не оказывают в условиях одинаковых грунтов значительного влияния на ее уровни в жилых помещениях. Иногда отмечаются высокие вибрационные уровни от расположенного в самих зданиях инженерно-технологического оборудования (лифтов), а также встроенных объектов.
Методы защиты
Защита от вибрации очень важна на предприятиях. Нормирование ее уровней, гигиенически обоснованное, - основа профилактики вибрационной болезни. Учитываются при этом направленность, характер, продолжительность действия. В РФ санитарным законодательством регламентируются уровни механических колебаний, которые должны быть соблюдены на рабочих местах.
Защита от общей вибрации
Влияние вибрации на человека следует по возможности уменьшать. Безопасность труда представляет собой систему количественных и качественных характеристик и показателей, которые формируют специфику элементов, обеспечивающих отсутствие вредного воздействия механических колебаний на человеческий организм. Защита от вибрации обеспечивается:
- использованием вибробезопасных машин;
- применением специальных средств виброзащиты;
- проектированием производственных помещений и технологических процессов, которые обеспечивают соблюдение на рабочих местах санитарных норм;
- организационно-техническими мероприятиями, цель которых - улучшение эксплуатации используемых машин, организация их своевременного ремонта, а также контролем вибрационных параметров;
- созданием оптимальных режимов труда и отдыха.
Средства индивидуальной защиты, используемые при воздействии общей вибрации, - это виброизолирующая обувь, подметки, стельки. Самым действенным среди всех средств защиты можно считать устранение непосредственного контакта человека с дрожащим оборудованием. Это осуществляется с помощью использования промышленных роботов, дистанционного управления, замены и автоматизации технологических операций.
Средства защиты от вибрации локальной
Уменьшение ее негативного воздействия достигается:
- с помощью уменьшения ее интенсивности непосредственно в самом источнике (использование рукояток с амортизирующими или виброгасящими устройствами);
- путем использования средств внешней защиты, то есть упругодемпфирующих устройств и материалов, размещенных между руками оператора и источником механических колебаний (виброизолирующие перчатки, рукавицы, прокладки и вкладыши).
Важная роль в комплексе мероприятий, направленных на снижение отрицательного воздействия вибрации на человеческий организм, отводится режимам труда и отдыха. Общее время контакта с ней, согласно режимом труда, должно быть ограничено в течение смены. Рекомендуется делать два перерыва для проведения физиотерапевтических процедур, активного отдыха и т. д. Продолжительность первого должна составлять 20 минут (этот перерыв следует сделать через 2 часа после времени начала смены). Продолжительность второго - 30 минут, он должен быть через 2 часа после перерыва на обед. Обеденный перерыв при этом длится должен не менее 40 минут. Продолжительность непрерывного одноразового воздействия на организм механических колебаний должна быть не более 10-15 минут.
К общеоздоровительным и медико-биологическим мероприятиям, служащим для профилактики вибрационной болезни, можно отнести следующие:
- гидропроцедуры для рук (ванночки с теплой водой (+37-38 градусов) либо использование сухого воздушного обогрева;
- производственную гимнастику;
- самомассаж и взаимомассаж плечевого пояса и рук;
- ультрафиолетовое облучение;
- употребление витаминов, а также иные мероприятия общеукрепляющего характера (кислородный коктейль, комната психологической разгрузки и др.).
Важность и актуальность этой темы подтверждается тем, что ее изучают еще в школе. Вибрация рассматривается, в частности, в учебнике "Физика" (11 класс). Конечно, в школе она изучается в более общем виде. Рассматриваются, в частности, вибрации Земли. Частота нашей планеты равняется 7,83 Гц. Эту величину называют волной Шумана, или частотой резонанса Шумана. Некоторые, правда, полагают, что в последнее время меняются вибрации Земли. Например, Анку Динкэ, румынский физик, считает, что к декабрю 2012 года они должны были достигнуть 12,6-12,8 Гц. Вибрации человека должны соответствовать вибрациям планеты. Те, кто сможет настроиться на новые частоты, выиграют в духовном плане, как полагает Анку Динкэ. Вибрации человека - это тема отдельной статьи.