Дослідження вібрації. Вимірювання вібрації. Вплив вібрації на людину

Ми ще зі шкільних років знайомимося з такою наукою, як фізика. Коливання, частоти, прискорення – всі ці поняття напевно вам знайомі. У цій статті ми розглянемо більш докладно таку важливу тему, як вібрація. Кожен з нас стикається з цим явищем в повсякденному житті.

Що ж таке вібрація? Визначення можна дати наступне: це коливальні механічні рухи, які передаються безпосередньо тілу людини. Головними її фізичними характеристиками є частота та амплітуда коливань. Вимірювання вібрації по амплітуді здійснюється в сантиметрах або метрах, а за частотою – в герцах.

Як слід оцінювати вібрацію щодо прискорення і швидкості?

При всякому коливальному русі швидкість і прискорення безперервно змінюються. Прискорення найбільшим є на осьової лінії коливання, а в крайніх позиціях воно найменше. Враховуючи це, вимір вібрації здійснюється щодо прискорення і швидкості. Звіт децибел при цьому ведеться від опорної віброшвидкості (умовної), яка дорівнює 5 • 10⁸ м / с, а також віброприскорення – 3 • 10⁴ м / с². Віброприскорення і віброшвидкість виражаються щодо нульових порогів в децибелах. Поріг сприйняття при цьому становить приблизно 70 дБ. Частота вібрації низькочастотної не перевищує 32 Гц, а високочастотної складає більше 32 Гц.

Джерела вібрації

Це широко використовувані в будівництві, промисловості, побуті, сільському господарстві, транспорті електричні та пневматичні механізовані ручні інструменти, різне обладнання та машини, транспортні засоби, верстати. Вібрація широко використовується не тільки в техніці, але також і в медицині для лікування м`язових і нервових захворювань (вібромасаж, вібротерапія).

Дія вібрації

Вібрація – це фактор, який володіє великою біологічною активністю. Спрямованість, глибина і характер фізіологічних зрушень різних систем людського організму визначаються її спектральним складом, рівнями і фізичними властивостями людського тіла. Важливу роль у генезі даних реакцій грають аналізатори – шкірний, зоровий, руховий, вестибулярний та ін.

Потрібно відзначити велику роль, яку відіграють в суб`єктивному сприйнятті вібрації біохімічні властивості тіла людини. Дія її на організм опосередковується такими явищами, як фізичний вплив контакту на поверхню, поширення по тканинах коливань, безпосередня реакція в тканинах і органах на вплив, подразнення механорецепторів, які викликають суб`єктивні та нейрорецепторного реакції.

Сьогодні накопичено значний клінічний і експериментальний матеріал з даної проблеми. Дослідження вібрації показало, що виникають під її дією розлади рухової функції обумовлені як безпосереднім ураженням м`язів, так і порушеннями регуляторних впливів ЦНС. Переважання дифузних зрушень при цьому можна пояснити змінами у функціонуванні суперспінальних структур, а більшу вираженість, яку мають у м`язах локальні зміни, – їх безпосередньої травматизацією. Найбільш чутливими до впливу вібрації локальної є відділи симпатичної нервової системи, які регулюють тонус периферичних судин, та відділи периферичної нервової системи, які пов`язані з тактильної і вібраційної чутливістю.

Дослідження вібрації дало право стверджувати, що параметрами її впливу в першу чергу визначається спрямованість судинних порушень. При механічних коливаннях частотою більше 35 Гц в капілярах відбуваються спастичні явища, а нижче спостерігається картина атонії капілярів. Найнебезпечнішою з точки зору можливого розвитку спазму судин є область частот від 35 до 250 Гц.

Негативний вплив при виконанні робочих операцій

Вібрація може заважати прямим шляхом виконання робочих операцій, а також впливати опосередковано на працездатність людини, знижуючи її. Деякі автори, які проводять дослідження вібрації, розглядають її як сильний стрес-фактор, який робить негативний вплив на психомоторну працездатність. Крім того, страждає розумова діяльність і емоційна сфера, а також збільшується ймовірність нещасних випадків.

Коливальна швидкість

Встановлено, що шум і вібрація енергетично діють на людський організм. Тому останню почали характеризувати спектром вираженої в сантиметрах на секунду коливальної швидкості або ж вимірювати в децибелах, як і шум. Умовно була прийнята в якості порогової величини механічних коливань швидкість, складова 5 • 10⁶ см / сек. Тільки при безпосередньому зіткненні організму з здригалося тілом або через дотичні з ним інші тверді тіла відчуваються (сприймаються) механічні коливання. При зіткненні з їх джерелом, котрий подає (генеруючим) басовий звук, вібрації (найнижчих частот), разом зі звуком також сприймається струс.

Загальна і місцева

Розрізняють загальну і місцеву вібрацію залежно від поширення механічних коливань по частинах тіла людини. При місцевій піддається струсу тільки частина тіла, що безпосередньо стикається з поверхнею, яка здригається. Найчастіше це руки. Таке відбувається при роботі з деякими ручними інструментами або при утриманні деталі машини та інших тремтячих предметів.

Місцева вібрація іноді передається на частини тіла, які з`єднані суглобами з безпосередньо піддаються їй органами. Але амплітуда коливань даних частин тіла буває зазвичай нижче, оскільки у міру передачі по тканинах (особливо м`яким) коливань вони поступово загасають. Навпаки, загальна вібрація впливає на все тіло. Це відбувається в основному від механічних коливань поверхні, де знаходиться робочий.

Вібраційна хвороба

При впливі на організм людини вестибулярних подразників оцінка і сприйняття часу порушуються, а також знижується швидкість обробки інформації. Порушення координації руху викликає низькочастотна вібрація. Самі виражені зміни при цьому відзначаються при частотах в діапазоні від 4 до 11 Гц.

До стійким патологічним порушень в людському організмі призводить тривалий вплив вібрації. Всебічний аналіз даного патологічного процесу привів до виділення його в окрему нозологічну форму захворювання професійного – вібраційну хворобу. Вона продовжує утримувати одне з провідних місць в числі інших професійних захворювань. Її породжує використання не відповідають нормативним вимогам ручних машин, а також збільшується спеціалізація праці, яка веде до підвищення загального часу впливу механічних коливань на організм. Зі збільшенням тривалості та інтенсивності впливу вібрації зростає ймовірність розвитку даної хвороби. Істотне значення при цьому має індивідуальна чутливість. Перевтома, охолодження, шум, алкогольне сп`яніння, м`язова напруга та ін. Підсилюють шкідливий вплив.

Стадії вібраційної хвороби

Виділяють 4 стадії даного захворювання за ступенем вираженості:

- початкова (I);

- помірно виражена (II);

- виражена (III);

- генералізована (IV, вкрай рідко зустрічається).

Негативний вплив загальної вібрації

Загальна низькочастотна вібрація, особливо резонансного діапазону, може викликати довготривалу травматизацію кісткової тканини і міжхребцевих дисків, зміщення органів, розташованих в черевній порожнині, а також болі в попереку, дегенеративні зміни хребта, хронічний гастрит і ін.

У піддаються протягом довгого часу подібній дії жінок відзначається збільшення частоти гінекологічних захворювань, передчасних пологів, самовільних абортів. Вібрація низькочастотна у жінок викликає порушення кровообігу в органах малого таза.

Механічні коливання в житлових будівлях

Дослідження вібрації дуже важливо здійснювати не тільки у виробничих будівлях, але і в житлових будинках. Справа в тому, що вона становить небезпеку не тільки для здоров`я робітників, а й для деяких інших груп населення. У житлових будинках вплив вібрації на людину виявляється завдяки використанню промислових установок, транспорту, інженерно-технологічного обладнання. Найбільш впливає на організм по інтенсивності коливань міський рейковий транспорт: залізничні магістралі, відкриті ділянки метрополітену.

Виникаюча від руху поїздів в будівлях вібрація має переривчастий регулярний характер. Амплітуда коливань в міру віддалення від її джерела знижується. Говорячи про поширення коливань по поверхах багатоповерхового приміщення, слід сказати, що на верхніх може спостерігатися, залежно від резонансу, як посилення, так і ослаблення вібрації. При цьому типи конструкцій приміщень не надають в умовах однакових грунтів значного впливу на її рівні в житлових приміщеннях. Іноді відзначаються високі вібраційні рівні від розташованого в самих будинках інженерно-технологічного обладнання (ліфтів), а також вбудованих об`єктів.

Методи захисту

Захист від вібрації дуже важлива на підприємствах. Нормування її рівнів, гігієнічно обґрунтоване, – основа профілактики вібраційної хвороби. Враховуються при цьому спрямованість, характер, тривалість дії. У РФ санітарним законодавством регламентуються рівні механічних коливань, які повинні бути дотримані на робочих місцях.

Захист від загальної вібрації

Вплив вібрації на людину слід по можливості зменшувати. Безпека праці являє собою систему кількісних і якісних характеристик і показників, які формують специфіку елементів, що забезпечують відсутність шкідливого впливу механічних коливань на людський організм. Захист від вібрації забезпечується:

- використанням вібробезпечних машин;

- застосуванням спеціальних засобів віброзахисту;

- проектуванням виробничих приміщень і технологічних процесів, які забезпечують дотримання на робочих місцях санітарних норм;

- організаційно-технічними заходами, мета яких – поліпшення експлуатації використовуваних машин, організація їх своєчасного ремонту, а також контролем вібраційних параметрів;

- створенням оптимальних режимів праці та відпочинку.

Засоби індивідуального захисту, використовувані при дії загальної вібрації, – це Віброізолюючий взуття, підметки, устілки. Найдієвішим серед всіх засобів захисту можна вважати усунення безпосереднього контакту людини з тремтячим обладнанням. Це здійснюється за допомогою використання промислових роботів, дистанційного керування, заміни та автоматизації технологічних операцій.

Засоби захисту від вібрації локальної

Зменшення її негативного впливу досягається:

- за допомогою зменшення її інтенсивності безпосередньо в самому джерелі (використання рукояток з амортизуючими або віброгасильними пристроями);

- шляхом використання засобів зовнішньої захисту, тобто упругодемпфірующіх пристроїв і матеріалів, розміщених між руками оператора і джерелом механічних коливань (виброизолирующие рукавички, рукавиці, прокладки і вкладиші).

Важлива роль у комплексі заходів, спрямованих на зниження негативного впливу вібрації на людський організм, відводиться режимам праці та відпочинку. Загальний час контакту з нею, згідно режимом праці, має бути обмежена протягом зміни. Рекомендується робити дві перерви для проведення фізіотерапевтичних процедур, активного відпочинку і т. Д. Тривалість першого повинна становити 20 хвилин (ця перерва слід зробити через 2:00 після часу початку зміни). Тривалість другого – 30 хвилин, він повинен бути через 2:00 після перерви на обід. Обідня перерва у своїй триває повинен не менше 40 хвилин. Тривалість безперервного одноразового впливу на організм механічних коливань повинна бути не більше 10-15 хвилин.

До загальнооздоровчі та медико-біологічних заходам, службовцям для профілактики вібраційної хвороби, можна віднести наступні:

- гідропроцедури для рук (ванночки з теплою водою (+ 37-38 градусів) або використання сухого повітряного обігріву;

- виробничу гімнастику;

- самомасаж і взаімомассаж плечового пояса і рук;

- ультрафіолетове опромінення;

- вживання вітамінів, а також інші заходи загальнозміцнюючий характеру (кисневий коктейль, кімната психологічного розвантаження та ін.).

Важливість і актуальність цієї теми підтверджується тим, що її вивчають ще в школі. Вібрація розглядається, зокрема, у підручнику "Фізика" (11 клас). Звичайно, в школі вона вивчається в більш загальному вигляді. Розглядаються, зокрема, вібрації Землі. Частота нашої планети дорівнює 7,83 Гц. Цю величину називають хвилею Шумана, або частотою резонансу Шумана. Деякі, правда, вважають, що останнім часом змінюються вібрації Землі. Наприклад, Анку Дінке, румунський фізик, вважає, що до грудня 2012 року вони повинні були досягти 12,6-12,8 Гц. Вібрації людини повинні відповідати вібраціям планети. Ті, хто зможе налаштуватися на нові частоти, виграють в духовному плані, як вважає Анку Дінке. Вібрації людини – це тема окремої статті.