I. Вступительное слово учителя
Проблема загрязнения окружающей среды слишком сложна и многогранна. Сегодня мы ограничимся ее небольшой частью и познакомимся с одним из видов загрязнителей окружающей среды.
Прослушав отрывок из повести Б. Васильева «Не стреляйте в белых лебедей», определите, о каком загрязнении пойдет речь.
«Туристу, а особо столичному, что надо? Природа ему нужна. По ней он среди асфальта, многоэтажек своих бетонных с осени тосковать начинает, потому что отрезан он от землицы камнем. А камень, он не просто душу холодит, он трясет ее без передыху, потому как не способен камень грохот уличный угасить. Это тебе не дерево – теплое да многотерпеливое. И грохот тот городской, шарахаясь от камней да бетона, мечется по улицам и переулкам, проползает в квартиры и мотает беззащитное человеческое сердце. И уже нет этому сердцу покоя ни днем, ни ночью, и только во сне видит оно росные зори и прозрачные закаты. И мечтает душа человеческая о покое ». О чем идет речь в этом отрывке?
В средствах массовой информации шуму обычно уделяется мало внимания, и многие не считают его загрязнителем атмосферы. Но на самом ли деле это так? Мы это выясним на сегодняшнем занятии
Звук и история
Звук – явление столь же древнее, как и сама Земля. Хаос, в котором рождалась наша планета, сопровождался мощными ударами, вибрацией, звуками чудовищной силы. Когда Земля остывала и возникала жизнь, природа не затихала: волны с шумом бились о скалы, ветер завывал в ветвях, гром гремел в небе.
У животных, которые в процессе эволюции приспосабливались к жизни на недавно остывшей Земле, возникли особые отростки головного мозга – органы слуха, и животные получили возможность улавливать звуки из окружающего мира. Это увеличило шансы на выживание, так как звуки несут информацию; позже с помощью звуков начала устанавливаться связь.
Из всех живых существ только человек сумел полностью воспользоваться свойствами окружающей среды как носителя звуков. Он внес в мир звуков речь и музыку. Проходили века, не стоял на месте и человек. Он трудился и творил.
Когда человек изобрел колесо, он, сам того не сознавая, посеял первое звено современной проблемы шума. Уже в древнем мире стук колес по каменной мостовой у многих вызывал бессонницу.
Железный век принес новые шумы: звон и грохот металла, из которого ковали оружие и утварь, не смолкая, разносились над поселениями.
Дальнейшее развитие техники привело к резкому увеличению шума. В течении многих веков человеческий слух не знал худших раздражителей, чем шум, возникающий при обработке дерева, камня или металла. Изобретение пороха принесло относительно новый вид шума – звуки взрывов, а также первую реальную опасность повреждения слуха.
Но только промышленная революция возвестила о приходе эпохи шума. Новые фабрики, рудники, доменные печи принесли с собой всестороннее загрязнение среды: зловоние, дым, обезображенный пейзаж, разумеется, шум.
Уровень шума рос с совершенствованием техники. Стремясь облегчить нашу жизнь, мы совершенствуем производство. Но, чем сложнее становилась наука и техника и чем шире ее применение, тем опаснее их воздействие на природу.
С годами уровень шума в городах рос все быстрее, и появлялось все больше людей, страдающих от шума.
Борьба с шумом превратилась в серьезную социальную, экономическую и экологическую проблему, с которой необходимо бороться.
Но, к сожалению, для многих все, связанное с акустикой и шумом, покрыто мраком, а непосредственные жертвы шума не представляют, с чем же все-таки они столкнулись.
Акустика
Акустика (от греч. akustikos - слуховой) - область физики, в которой исследуются упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 Гц) до предельно высоких (1012-1013 Гц), процессы их возбуждения и распространения, взаимодействие их с веществом и разнообразные применения.
Акустика - одна из самых древних областей знания. Она возникла за несколько веков до н. э. как учение о звуке, т.е. об упругих волнах воспринимаемых человеческим ухом (отсюда и происхождение названия акустика). Начало становления акустики как физической науки (17 в.) связано с исследованиями системы музыкальных тонов, их источников (струны, трубы), с измерениями скорости распространения звука. До начала 20 века акустика развивалась как раздел механики. Создавалась общая теория механических колебаний, излучения и распространения звуковых волн в среде, разрабатывались методы измерений параметров звуковых волн - звукового давления, потока энергии, скорости распространения. Диапазон исследуемых упругих волн расширился и охватил области ниже (инфразвук) и выше (ультразвук) области слышимых частот. Создание методов разложения сложного колебательного процесса на простые составляющие (метод Фурье) заложило основы анализа звука и синтеза сложного звука из простых составляющих. Весь этот классический этап развития акустики подытожен к началу 20 в. Рэлеем.
Новый этап развития акустики начался в 20-е гг. 20 в. в связи с развитием радиотехники и радиовещания, которые вызвали необходимость разработки методов и средств преобразования электромагнитной энергии в акустическую, и обратно. В связи с развитием электроники и физики строения вещества возникли новые направления в акустике.
Важнейший раздел акустики, наиболее тесно связанный с другими ведущими областями современной физики, - физическая акустика, занимающаяся изучением особенностей распространения упругих волн в веществе - газообразном, твердом или жидком, исследованием взаимодействия волн с веществом на разных уровнях.
Основные направления современной акустики:
· Общая (физическая) акустика
· Архитектурная акустика
· Строительная акустика
· Психоакустика
· Музыкальная акустика
· Биоакустика
· Электроакустика
· Аэроакустика (авиационная акустика)
· Гидроакустика
· Акустика транспорта
· Медицинская акустика
· Ультразвуковая акустика
· Квантовая акустика (акустоэлектроника)
· Акустика речи
· Цифровая акустика
Звук
Понятие "звук" тесно связано с понятием "волна".
Волна — это изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в ней и несущее с собой энергию. Важно, что независимо от природы волны перенос энергии осуществляется без переноса вещества.
Звуковая волна (звуковые колебания) — это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания.
Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой.
Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания с частотой от 20 Гц до 20000 Гц.
Звуковые колебания, частота которых превышает 20000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотой менее 20 Гц – инфразвуковыми.
Свойства звуковой волны:
· Отражение звука
· Поглощение звука
· Интерференция звуковых волн
· Дифракция звуковых волн
Передающим веществом, т. е. веществом, в котором звук распространяется от источника к приемнику, служит воздух. Звук распространяется в любой упругой среде – твердой, жидкой и газообразной, но не может распространяться в пространстве, где нет вещества.
Звуковая волна, как и любые другие механические волны, распространяются в пространстве не мгновенно, а с определенной скоростью. Скорость звука в воздухе при 0 °С и нормальном атмосферном давлении равна 332 м/с.
В настоящее время скорость звука может быть измерена в любой среде.
Характеристики звука.
Высота звука - определяется частотой звуковой волны. Чем выше частота, тем выше звучание.
Громкость звука - определяется амплитудой сигнала. Чем выше амплитуда звуковой волны, тем громче сигнал. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Громкость звукаизмеряется в децибелах - единицах, выражающих степень звукового давления.
Тембр -окраска звука; один из признаков музыкального звука. Тембр звука определяется совокупностью тонов.
Давление звука - переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны.
Тон. Основной тон представляет собой главную частоту колебания сигнала.
Обертоны - все остальные тоны сложного звука. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона.
Источники звука — любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники звука в виде колеблющихся твёрдых тел (например, диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов). Источниками звука могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Возбуждение колебаний источников звука может производиться ударом или щипком (колокола, струны). В природе звука возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах.
Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. В технике для приёма звука применяются главным образом электроакустические преобразователи: в воздухе — микрофоны, в воде — гидрофоны и в земной коре — геофоны.
Наряду с такими преобразователями, воспроизводящими временную зависимость звукового сигнала, существуют приёмники, измеряющие усреднённые по времени характеристики звуковой волны, например диск Рэлея, радиометр. К приёмникам звука относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных.
«Акустический шум. Нормы уровня интенсивности звука».
Шум
Звуки окружают нас повсюду. Некоторые из них приятны, а другие мы бы предпочли не услышать. К сожалению, наше ухо не может «фильтровать» звуки, и мы слышим не только чудесное пение птиц и успокаивающее журчание воды, но и отвратительный шум.
Шум - это звуковые волны, воспринимаемые людьми как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения фактор.
Слышимый шум представляет собой более или менее хаотический, беспорядочный набор тонов из широкого диапазона частот, при воспроизведении которого наблюдается более или менее изрезанная и очень нерегулярная линия колебаний с амплитудой, меняющейся случайным образом в довольно широких пределах (Приложение 1).
Различие между регулярным чистым тоном и шумом можно охарактеризовать степенью предсказуемости. Шум как визуально наблюдаемая картина, так и соответствующий ей звуковой сигнал в значительной степени непредсказуемы. Отсюда и неприятное действие звуковых шумов.
По видам источников различают три вида городского шума:
- транспортные (автомобильные, рельсовые, авиационные, водные)
- промышленные
- коммунально-бытовые
Источники городского шума разделяют на два вида:
- источники постоянного шума - инженерное и технологическое оборудование промышленных и коммунальных предприятий (постоянно действующих вентиляционных агрегатов, насосных и градирен, компрессорных установок, вентсистем, испытательных стендов, воздуходувок, трансформаторных подстанций и т. д.);
- источники непостоянного шума - автомобильный, железнодорожный, авиационный транспорт, а также разнообразные стационарные технические системы, периодически действующие в городской среде.
Уровень шума измеряется в децибелах – единицах, выражающих степень звукового давления.
Нормы уровня интенсивности
Шум в 50-60 дБ приводит к повышению порога слуховой чувствительности и к ухудшению функционального состояния центральной нервной системы, поэтому допустимый уровень шума для классных помещений не должен превышать 40 дБ.
Допустимый уровень шума в жилых помещениях в дневное время не должен превышать 40 дБ, а в ночное – 30 дБ.
Установлено, что если уровни интенсивности воспринимаемых звуков невелики и находятся в пределах возможностей человеческой речи (до 70 дБ), то такие звуки не вызовут изменений и будут восприниматься как обычный звуковой образ. Звуки и шумы свыше 70 дБ неприятны для слуха, а звуки интенсивностью свыше 130 дБ (громовой раскат, взлет реактивного самолета) обладают травмирующими свойствами.
Нормальная человеческая речь имеет громкость 40-70 дБ. Шум уличного транспорта – 60-80 дБ. Шум в заводских цехах – 90 дБ. Рев мотоцикла без глушителя – 100 дБ. Далее следует грохот музыки на дискотеке – 110 дБ. А уровень звукового давления на рок-концерте может составить 120 дБ, что сопоставимо с ревом реактивного двигателя. Отсюда уже недалеко и до болевого порога человека – 140 дБ.
Исследование основных источников шума и измерение уровня интенсивности звука.
Для измерения уровня шума применяется прибор шумомер, который производят в разных модификациях: бытовые и промышленные. Для измерений инфразвуковых и ультразвуковых шумов применяются широкодиапазонные шумометры.
Шумомеры
Измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2 Шумомер ШУМ-1М30
ВШВ-003-М2 измеритель шума и вибрации компактный переносной прибор, предназначенный для измерения и частотного анализа параметров шума и вибрации в промышленности, для определения источников и характеристик шума и вибрации в местах нахождения людей, при исследованиях и испытаниях машин и механизмов, при разработке и контроле качества изделий.
Таблица 1. Результаты измерения уровня шума.
| Шепот | Около 30 |
| Шум системного блока | 38-40 |
| Обычный разговор | 50-60 |
| Санитарная норма для жилой зоны | 45-60 |
| Громкий разговор | Около 75 |
| Шум легкового автомобиля | 80-90 |
| Громкая музыка | |
| Болевой порог |
«Исследование отрицательного влияния акустического шума на человека»
Итак, мы можем выделить следующие последствия влияния шумов на человека:
1. Шум становится причиной преждевременного старения. В тридцати случаях из ста шум сокращает продолжительность жизни людей в крупных городах на 8–12 лет.
2. Каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина страдают неврозами, вызванными повышенным уровнем шума.
3. Достаточно сильный шум уже через минуту может вызвать изменения в электрической активности мозга, которая становится схожей с электрической активностью мозга у больных эпилепсией.
4. Такие болезни, как гастрит, язвы желудка и кишечника, чаще всего встречаются у людей, живущих и работающих в шумной обстановке. У эстрадных музыкантов язва желудка – профессиональное заболевание.
5. Шум угнетает нервную систему, особенно при повторяющемся действии.
6. Под влиянием шума происходит стойкое уменьшение частоты и глубины дыхания. Иногда появляется аритмия сердца, гипертония.
7. Под влиянием шума изменяются углеводный, жировой, белковый, солевой обмены веществ, что проявляется в изменении биохимического состава крови (снижается уровень сахара в крови).