Инфразвук - (от лат. infra - ниже, под), упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16-25 гц. Нижняя граница инфразвукового диапазона неопределенна. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей гц, т. е. с периодами в десяток секунд. Инфразвуки содержатся в шуме атмосферы, леса и моря; их источник - турбулентность атмосферы и ветер (например, так называемый "голос моря" - инфразвуковые колебания, образующиеся от завихрений ветра на гребнях морских волн). Источником инфразвуковых колебаний являются грозовые разряды (гром), а также взрывы и орудийные выстрелы.
Практическое применение инфразвука
Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказания стихийного бедствия - цунами. Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоев атмосферы, свойств водной среды.
Животным инфразвуковые сигналы сообщают о приближении цунами, землетрясения и других бедствий. А российские ученые теперь помогут понять, о чем инфразвук рассказывает людям.
Ученые Сибирского физико-технического института им. В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете изучали инфразвуковой фон в городе Томске в течение 2000 года. Они сосредоточили свое внимание на инфразвуковых шумах с частотами от 0,01 до 1,6 Герца. Эта частота соответствует инфразвукам, возбуждаемым небольшими лесными пожарами. Необходимые измерения ученые выполняли с помощью инфразвукометрического комплекса, который включает два модуля давления. Их расположили на расстоянии 85 метров друг от друга. Измерения проводили в течение 5 минут, затем пятнадцатиминутный перерыв и снова измерения. Проанализировав полученные результаты, они пришли к выводу, что уровень инфразвукового фона не постоянен. Он меняется и на протяжении года и в течение суток. В дневное время он усиливается, достигая пика около 11 часов в зимнее время и приблизительно в 16 часов летом. То есть наибольшего уровня инфразвуковой фон достигает во время максимального прогрева атмосферы. Ранее аналогичные исследования были проведены в других регионах. При сравнении результатов ученые обнаружили, что при разных количественных характеристиках инфразвукового фона, качественный ход сезонных изменений совпадает.
Вы спросите, зачем это все? С точки зрения науки, это явление интересно само по себе. Для нас же это интересно тем, что полученные результаты можно использовать при разработке методов и аппаратуры для обнаружения естественных и антропогенных катастроф, возбуждающих инфразвук. В том числе и для определения места лесных пожаров.
Ультразвук - упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5-2 Ч104 Гц (15-20 кГц) и до 109 Гц (1 ГГц), область частот ультразвука от 109 до 1012-13 Гц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти: ультразвук низких частот (1,5Ч104-105 Гц) - УНЧ, ультразвук средних частот (105 - 107 Гц) - УСЧ и область высоких частот ультразвука (107-109 Гц) - УЗВЧ. Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.
Биологическое действие ультразвука
При действии ультразвука на биологические объекты в облучаемых органах и тканях на расстояниях, равных половине длины волны, могут возникать разности давлений от единиц до десятков атмосфер. Столь интенсивные воздействия приводят к разнообразным биологическим эффектам, физическая природа которых определяется совместным действием механических, тепловых и физико-химических явлений, сопутствующих распространению ультразвука в среде. Биологическое действие ультразвука, то есть изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структурах биологических объектов при воздействии на них ультразвука, определяется главным образом интенсивностью ультразвука и длительностью облучения и может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность организмов. Так, возникающие при сравнительно небольших интенсивностях ультразвука (до 1-2 вт/см2) механические колебания частиц производят своеобразный микро-массаж тканей, способствующий лучшему обмену веществ и лучшему снабжению тканей кровью и лимфой. Повышение интенсивности ультразвука может привести к возникновению в биологических средах акустической кавитации, сопровождающейся механическим разрушением клеток и тканей (кавитационными зародышами служат имеющиеся в биологических средах газовые пузырьки).
При поглощении ультразвука в биологических объектах происходит преобразование акустической энергии в тепловую. Локальный нагрев тканей на доли и единицы градусов, как правило, способствует жизнедеятельности биологических объектов, повышая интенсивность процессов обмена веществ. Однако более интенсивные и длительные воздействия могут привести к перегреву биологических структур и их разрушению (денатурация белков и др.).
В основе биологического действия ультразвука могут лежать также вторичные физико-химические эффекты. Так, при образовании акустических потоков может происходить перемешивание внутриклеточных структур. Кавитация приводит к разрыву молекулярных связей в биополимерах и др. жизненно важных соединениях и к развитию окислительно-восстановительных реакций. Ультразвук повышает проницаемость биологических мембран, вследствие чего происходит ускорение процессов обмена веществ из-за диффузии. Все перечисленные факторы в реальных условиях действуют на биологические объекты в том или ином сочетании совместно, и поэтому трудно, а подчас невозможно раздельно исследовать процессы, имеющие различную физическую природу ультразвука.
инфразвук генерация ультразвук
Распространяющиеся в воздушной среде колебания с частотой ниже 16 Гц. Низкая частота инфразвукового колебания обусловливает ряд особенностей его распространения в окружающей среде.
Эффективным способом защиты от инфразвука является уменьшение его в источнике образования.
Это достигается путём:
Повышения быстроходности машин, что позволит перейти в слышимый диапазон звуков;
Повышения жёсткости конструкций;
Устранение низкочастотных вибраций;
Установкой глушителей реактивного типа.
Источниками инфразвука в промышленности являются компрессоры, дизельные двигатели, вентиляторы, ветро-энергоустановки, реактивные двигатели , транспортные средства и др. В природе это землетрясения, извержения вулканов, морские бури, движение большого количества газа, жидкости, при вращательном движении, при ветре в горах. Инфразвук распространяется быстрее звука.
Воздействие на человека.
Действие инфразвука на человека воспринимается как физическая нагрузка:
Нарушается пространственная ориентация,
Пищеварительные расстройства,
Нарушения зрения,
Головокружение,
Изменяется периферическое кровообращение.
При воздействии инфразвука на организм уровнем 110 ÷ 150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения: нарушения в ЦНС , сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе.
Отмечаются жалобы на:
Головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности;
Может появиться чувство страха, сонливость, затруднение речи;
Специфическая для действия инфразвука реакция - нарушение равновесия.
При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости. Особенно неблагоприятно воздействие на организм человека инфразвуковых колебаний с частотой 4 ÷ 12 Гц.
Средства и методы защиты от инфразвука.
Что же касается инфразвука, то для этого физического фактора воздействия на человека в производственной среде пока не разработаны специфические методы защиты, а также четкие санитарно-гигиенические рекомендации.
К ним следует отнести:
Снижение уровня инфразвука в его источнике;
Увеличение жесткости колеблющихся конструкций;
Применение глушителей реактивного типа.
Воздействие на человека.
Ультразвук оказывает существенное влияние на организм человека. Ультразвук способен распространяться во всех средах: газообразной, жидкой и твердой. Нарушает микроокружение мембран клеток, изменяет проницаемость мембран, приводит к возникновению новых синтезов в клетках. Поэтому в организме человека он воздействует не только собственно на органы и ткани, но и на клеточную и другие жидкости.
Длительное систематическое влияние ультразвука, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем , слухового и вестибулярного анализаторов. У людей, работающих на ультразвуковых установках, отмечают выраженную астению, сосудистую гипотонию, снижение электрической активности сердца и мозга. Изменения ЦНС в начальной фазе проявляются нарушением рефлекторных функций мозга.
Характерны жалобы на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания, торможение мыслительного процесса, на бессонницу. Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, т. е. развиваются периферические неврологические нарушения. Установлено, что ультразвуковые колебания могут вызывать изменения костной структуры с разрежением плотности костной ткани.
Профессиональные заболевания зарегистрированы лишь при контактной передаче ультразвука на руки - вегетосенсорная (ангионевроз) или сенсомоторная полиневропатия рук.
Средства и методы защиты от ультразвука.
Существуют требования по ограничению неблагоприятного влияния контактного ультразвука, а именно:
При разработке нового оборудования должны предусматриваться меры по максимальному ограничению ультразвука, как в источнике возникновения, так и на пути его распространения;
Запрещается непосредственный контакт человека с рабочей поверхностью источника ультразвука и с контактной средой во время возбуждения в ней ультразвука;
Ультразвуковые искатели и датчики, удерживаемые руками оператора, должны иметь форму, обеспечивающую минимальное напряжение мышц, удобное для работы расположение;
Исключается передача ультразвука другим частям тела кроме рук;
Применение дистанционного управления; приспособления для удержания источника ультразвука или предметов, которые могут служит в качестве твердой контактной среды;
Для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердых и жидких средах, а также от контактных смазок необходимо применять нарукавники, рукавицы или перчатки (наружные резиновые и внутренние хлопчатобумажные);
Использование звукоизолирующих кожухов. Эти экраны изготавливают из листовой стали или дюралюминия толщиной 1 мм, пластмассы (гетинакса) либо из специальной резины.
Особую опасность представляют плееры и дискотеки для подростков. Скандинавские учёные пришли к выводу, что каждый пятый подросток плохо слышит, хотя и не всегда об этом догадывается. Причина – злоупотребление переносными плеерами и долгое пребывание на дискотеках. Обычно уровень шума на дискотеке составляет 80–100 дБ, что сравнимо с уровнем шума интенсивного уличного движения или взлетающего в 100 м турбореактивного самолёта. Громкость звука плеера составляет 100–114 дБ. Почти так же оглушительно работает отбойный молоток. Правда, для рабочих в таких ситуациях предусмотрена шумовая защита. Если ею пренебречь, то уже через 4 ч непрерывного грохота (в неделю) возможны кратковременные нарушения слуха в области высоких частот, а позднее появляется звон в ушах.
Здоровые барабанные перепонки без ущерба могут переносить громкость плеера в 110 дБ максимум в течение 1,5 мин. Французские учёные отмечают, что нарушения слуха в наш век активно распространяются среди молодых людей; с возрастом они скорее всего будут вынуждены пользоваться слуховыми аппаратами. Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания во время умственной работы. Музыка, пусть даже совсем тихая, снижает внимание – это следует учитывать при выполнении домашней работы. Когда звук нарастает, организм производит много гормонов стресса, например, адреналин. При этом сужаются кровеносные сосуды, замедляется работа кишечника. В дальнейшем всё это может привести к нарушениям работы сердца и кровообращения. Эти перегрузки – причина каждого по крайней мере десятого инфаркта.
Первый симптом ухудшения слуха называется эффектом званого ужина . На многолюдном вечере человек перестаёт различать голоса, не может понять, почему все смеются. Он начинает избегать многолюдных встреч, что ведёт к его социальной изоляции. Многие люди с нарушением слуха впадают в депрессию и даже страдают манией преследования.
Влияние инфразвука
Такие волны человек не слышит, но они оказывают на него определенное влияние. Это подтверждается данными о том, что низкочастотные волны оказывают значительное воздействие на состояние и поведение людей. Интенсивные низкочастотные волны могут вызывать сильную боль в ушах, нарушение работы органов равновесия. Отмечено, что действие инфразвуков в диапазоне 2-20 Гц сопровождается ощущением вращения, раскачивания, непроизвольным поворотом глазных яблок, чувством неудобства, тревоги, иногда страха. Различные внутренние органы человека имеют собственные частоты колебаний (резонанс) в диапазоне инфразвуковых частот, чаще 6-8 Гц. Совпадение частот инфразвука с резонансными частотами внутренних органов приводит к трагическим последствиям. Известно, что разрушительная сила инфразвука проявляется именно в тех случаях, когда его частота совпадает с резонансной частотой подвергшегося инфразвуковому облучению объекта. В лаборатории французского ученого Г. Гавро был сконструирован инфразвуковой свисток, диаметр которого составлял 1.5 м, а частота низкочастотного звука - 37 Гц. При работе свистка на стенах помещения, где он находился, появились трещины.
Мы живем в мире инфразвуков. Инфразвуковые колебания возникают при порывах ветра, движении человека и животных, при работе транспорта и промышленных объектов. Инфразвук большой интенсивности возникает при работе двигателей морских судов (13 Гц), вблизи сталеплавильных печей (6 Гц), в автомобилях, движущихся со скоростью около 100 км/ч. Морские волны вызывают изменения давления воздуха с частотой около 0.05 Гц. Мощные инфразвуковые волны (0.1- 0.5 Гц) сопровождают извержения вулканов, землетрясения, цунами, приливы, штормы, смерчи и т. п.
Наиболее общими физиологическими эффектами, наблюдаемыми при действии инфразвуковых колебаний на человеческий организм, являются изменение ритмов дыхания и биений сердца, расстройства желудка и центральной нервной системы, головные боли.
По характеру биологического воздействия инфразвука можно выделить три основные зоны:
1. Зона «информационного» воздействия. Это область относительно слабых инфразвуков, длительно действующих на объект. Энергия инфразвука здесь играет второстепенную роль и инфразвук следует рассматривать как определенные сигналы, поступающие в организм извне. Внешним проявлением «информационного» воздействия инфразвука может быть чувство беспокойства, неприятные ощущения, повышенная утомляемость, ослабление памяти, психологические сдвиги и т.д.
2. Зона физиологических изменений. Здесь важную роль играет энергетический фактор инфразвуковых колебаний. При сравнительно невысоких акустических энергиях воздействие инфразвука проявляется прежде всего в функциональных нарушениях органа слуха, а также вестибулярного аппарата, порявляется звон и боль в ушах. Ухудшается равновесие и координация движений, изменяется четкость зрения, видоизменяется голос, увеличивается порог слышимости для звуковых частот. При более высоких акустических энергиях возникают головная боль, головокружение, тошнота, кашель, нарушение дыхания и т.д. После прекращения инфразвуковых воздействий указанные симптомы через некоторое время могут исчезнуть без видимых последствий.
3.Зона поражающего действия инфразвука. При сверхвысоких акустических уровнях могут происходить перфорация перепонок, увеличение легких, разрыв альвеол и прекращение дыхания, повреждение мозга и сердечно-сосудистой системы. Указанные явления могут приводить к гибели человека или длительному выходу из строя.
Влияние ультразвука
Под влиянием ультразвука изменения отмечаются не только в органах, подвергшихся воздействию, но и в других частях организма. При длительном и интенсивном воздействии ультразвук может вызвать разрушение клеток тканей.
Разрушающее действие ультразвука связано, по-видимому, с явлением кавитации - образованием полостей в жидкости, что приводит к гибели тканей и смерти экспериментальных животных.
Микроскопические кавитационные пузырьки были обнаружены в межклеточных пространствах животных тканей под влиянием ультразвуковых волн большой интенсивности. Многие микроорганизмы могут быть разрушены ультразвуком. Так, он инактивирует вирус полиомиелита, энцефалита и др. Стрептококки после воздействия ультразвуком хуже фагоцитируются. Воздействие ультразвуковых волн на белки приводит к серьезным структурным нарушениям белковых частиц и их распаду. При облучении ультразвуком молока разрушается содержащийся в нем витамин С.
При так называемом озвучении крови ультразвуком происходит разрушение эритроцитов и лейкоцитов, повышается вязкость и свертывание крови, ускоряется РОЭ. Ультразвук угнетает дыхание клетки, уменьшает потребление кислорода, инактивирует некоторые энзимы и гормоны.
Как показывают экспериментальные данные и клинические наблюдения, ультразвук может обусловить серьезные изменения со стороны органа слуха. Ультразвук вызывает разрушение клеток органа и нервных клеток, кровоизлияния, разрушение и патологическое развитие костной ткани. Предполагают, что выявленные у большого процента населения США изменения слуха связаны со значительным распространением звуковых установок.
У лиц, длительно подвергавшихся воздействию ультразвуковых колебаний, отмечается сонливость, головокружения, быстрая утомляемость. При обследовании обнаруживаются явления вегетативной дистонии.
Ультразвук:
- Что такое ультразвук;
- Влияние ультразвука на организм человека;
- Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве;
- Перспективы использования ультразвука.
Инфразвук:
- Что такое инфразвук;
- Влияние инфразвука на организм человека;
- Инфразвуковые аномалии;
- Животные, использующие инфразвук;
- Перспективы использования инфразвука;
- Вывод
Ультразвук
1. Что такое ультразвук?
В последнее время все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. Ультразвук нашел также применение в медицине. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот.
Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости -20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/с2) Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако некоторые животные, например, летучие мыши могут и слышать, и издавать ультразвук. Частично воспринимают его грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей.
Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии.
Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц.
2. Влияние ультразвука на организм человека
Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.
В поле ультразвуковых колебаний в живых тканях ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма.
3. Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве
Сегодня ультразвук применяется в огромном количестве отраслей. Среди них: медицина, геология, сталелитейная промышленность, военная промышленность и т.д. Чрезвычайно интенсивно ультразвук применяется в геологии, существует специальная наука – геофизика.
С помощью ультразвука геофизики находят залежи ценных ископаемых и определяют глубину их местонахождения. В металолитейной отрасли ультразвук применяется для диагностики состояния кристаллической решетки металла. При “прослушивании” труб, балок у качественных изделий получается определенный сигнал, если же у изделия что-то отличается от нормы (плотность, дефект конструкции), сигнал будет другим, что и укажет инженеру на брак.
Окруженная вражескими суднами подводная лодка имеет только один безопасный способ связаться с базой – передать сигнал в водной среде. Для этого используется особенный условный ультразвуковой сигнал определенной частоты – перехватить такое послание практически невозможно, т.к. для этого необходимо знать его частоту, точное время передачи и “маршрут”. Однако отправка сигнала с лодки также является сложнейшей процедурой – необходимо учитывать все глубины, температуру воды и т.д. База, получая сигнал, и, зная время его прохождения, может высчитать расстояния до лодки, в результате – ее местонахождение. Также в подводном флоте используют специальные короткие ультразвуковые импульсы, посылаемые гидролокатором прямо с подводной лодки; импульс отражается от предметов – скал, других судов, и с его помощью рассчитывают направление и расстояние до препятствия (прием, позаимствованный у ночных хищников - летучих мышей).
Также используются ультразвуковые ванны, как для дезинфекции инструментов, так и в косметических целях – массаж ступней ног, рук, лица. Очень эффективны ультразвуковые увлажнители воздуха и форсунки, а также дальномеры (во всем известных радарах скорости дорожной полиции также используются ультразвуковые импульсы).
4. Перспективы использования ультразвука
В перспективе предполагается более широкое использование ультразвуковых импульсов в косметических целях – ученые уже в ближайшем ультразвука для очистки пор, освежения, омоложения увядшей кожи – ультразвуковой пилинг. Ведутся работы по созданию ультразвукового оружия, а также разработки систем защиты от него. Предполагается более широкое использование ультразвука в бытовом хозяйстве.
Инфразвук
5. Что такое инфразвук?
Развитие техники и транспортных средств, совершенствование технологических процессов и оборудования сопровождаются увеличением мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который является сравнительно новым, не полностью изученным фактором производственной среды.
Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.
6. Влияние инфразвука на организм людей
Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно- сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.
Инфразвук отнюдь не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях есть столь длинные органные трубы, что они издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства - тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками.
7. Инфразвуковые аномалии
Береговая линия Северной Америки в районе мыса Гаттерас, полуостров Флорида и остров Куба образуют гигантский рефлектор. Шторм, происходящий в Атлантическом океане, генерирует инфразвуковые волны, которые, отразившись от этого рефлектора, фокусируются в районе "Бермудского треугольника". Колоссальные размеры фокусирующей структуры позволяют предположить наличие областей, где инфразвуковые колебания могут достигать значительной величины, что и является причиной происходящих здесь аномальных явлений. Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Очевидно, такое поведение является следствием выработанной ещё в далеком прошлом "инстинктивной" реакции на инфразвук как предвестник землетрясения. Именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свой корабль. Они могут сесть в шлюпки и уплыть от своего судна или выбежать на палубу и броситься за борт. При очень большой интенсивности инфразвука, они могут и вовсе погибнуть - попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть.
Инфразвук может быть причиной резонансного колебания корабельных мачт, приводящих к их поломке (к аналогичным последствиям может привести воздействие инфразвука на элементы конструкции самолёта). Низкочастотные звуковые колебания могут быть причиной появления над океаном быстро возникающего и также быстро исчезающего густого ("как молоко") тумана. И, наконец, инфразвук частотой 5-7 герц может попасть в резонанс с маятником механических, ручных часов, имеющих тот же период колебаний.
Очевидно, подобные фокусирующие структуры имеются и в других областях земного шара. По всей видимости, панический страх, вызываемый интенсивными инфразвуковыми колебаниями в одной из таких структур, послужил в качестве "отправной точки" мифа о сиренах...
Инфразвук может распространяться под водой, а фокусирующая структура - образовываться рельефом дна. Источником инфразвуковых колебаний могут быть подводные вулканы и землетрясения. Естественно, форма "ландшафтных" отражателей весьма далека от совершенства. Поэтому следует говорить о системе отражающих элементов, конкретной для каждого случая. При размерах, соизмеримых с длиной волны, структура может быть резонирующей.
8. Животные, использующие инфразвук
Американские учёные обнаружили, что тигры и слоны используют для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень низкой частоты, неслышные для человеческого уха. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов почти не чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности, и мало зависит от погодных и климатических факторов вроде влажности воздуха.
Теперь учёные намерены выяснить, обладают ли частотные спектры тигриных голосов индивидуальными особенностями, позволяющими идентифицировать животных. Это существенно облегчило бы учёт их поголовья.
Изучая поведение группы слонов в зоопарке города Портленд в штате Орегон, группа исследователей "ощутила" в воздухе необычные колебания. Используя сложную электронную систему звукоулавливания, исследователи обнаружили, что это инфразвуковые волны, которые испускают слоны. Наблюдая за слонами, живущими на свободе в Кении, исследователи с помощью той же аппаратуры зарегистрировали точно такой же вид волн. Ученые пришли к выводу, что звуки низкой частоты животные используют для связи друг с другом на расстоянии в несколько километров.
Ученые надеются в будущем, определив значение инфразвуковых сигналов, перейти к самой увлекательной стадии экспериментов – установлению с их помощью контакта со слонами.
9. Перспективы использования инфразвука
Сейчас учеными ведется разработка так называемого “инфразвукового ружья”. Низкочастотные звуковые волны здесь планируется использовать в качестве “генератора паники”. В этом случае инфразвук намного удобнее высокочастотных волн, так как он сам по себе представляет угрозу для здоровья человека. Частоты нашей нервной системы и сердца лежат в диапазоне инфразвука - 6 Гц. Эмулирование этих частот приводит к плохому самочувствию, беспричинному страху, панике, сумасшествию, и, наконец, смерти.
10. Вывод
Выполнив данную работу - собрав, обработав и обобщив большое количество материала по данной проблеме, мы узнали много нового о природе звука. Об опасности, которую он может представлять для организма человека, и о том, насколько широко его можно использовать в хозяйстве. Наиболее интересной для нас оказалась гипотеза о природе “благоговейного ужаса”, трепета людей в храме. Очень перспективными мы считаем исследования способов коммуникации животных и, конечно использование инфразвука в целях прогнозирования места и времени будущих извержений и землетрясений.
Волнухина Анастасия
Работа выполнена в рамках НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Скачать:
Предварительный просмотр:
Государственное Образовательное Учреждение
Общеобразовательная Средняя школа №560
Выборгского района Санкт-Петербурга
Исследовательская работа по Физике
Влияние инфразвука на человека
Учащейся 10 класса
Волнухиной Анастасии
Руководитель:
Табачкова Марина Леонидовна
Санкт- Петербург
2015-2016
Стр.
Введение……………………………………………………………….……… 3
Глава I. Инфразвук и его источники ……….....…………….……….…..…......4
Глава II. Влияние инфразвука на человека................……….……….…...........6
- Отрицательное влияние.………….……………..…….……...…6
- Положительное влияние…..…………………………….…..…..8
Глава III. Исследование………………………………………………….…..…9
Заключение…………………………………………………………...………....10
Список источников и литературы……………………………………….……11
Приложения…………………………………………………………………..…12
ВВЕДЕНИЕ
Интерес к данной теме обусловлен тем,что люди ежедневно сталкиваются с влиянием на них инфразвука. Инфразвук сопровождает нас повсюду: в квартире его источником могут являтся несущие стены дома, вентиляторы, а на улице- ветер и движущийся транспорт. Тема «Влияние инфразвука на человека », на мой взгляд, является интересной, еще и потому что она раскрывает положительное и отрицательное влияние инфразвука на человека, и их последствия.
Актуальность: Рост числа видов деятельности человека, использующих инфразвуки.
Проблема: Влияние инфразвуков на людей.
Цель: Изучить влияние инфразвуков на людей
Задача:
- Изучить письменные и электронные источники, связанные с инфразвуками и их влиянием на людей
- Довести до сведения одноклассников, какие заболевания вызывает воздействие инфразвука на организм человека
Методы исследования: анализ источников, социологический опрос (в виде теста)
ГЛАВА ПЕРВАЯ
Инфразвук всегда присутствует в природе. «Инфразвук - звуковые колебания, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом, то есть ниже 16 Гц»(наглядно показано на рис. 3) В настоящее время область его изучения простирается вниз примерно до 0,001 Гц. Основная особенность инфразвука, обусловленная его низкой частотой, - это малое поглощение. Вследствие малого поглощения и рассеяния инфразвук может распространяться на очень большие расстояния. Известно, что звуки извержения вулканов, атомных взрывов могут многократно обходить вокруг земного шара, сейсмические волны могут пересекать всю толщу Земли. По этим же причинам инфразвук почти невозможно изолировать, и все звукопоглощающие материалы теряют свою эффективность на инфразвуковых частотах.
Инфразвуковые колебания воздействуют на весь организм человека, вызывая резонансные явления как всего человеческого тела, так и отдельных его частей, внутренних органов и систем, вызывая те или иные нарушения в организме. При этом у человека увеличивается общий расход энергии, так как под действием низкочастотных колебаний повышается среднемышечная напряженность. Поэтому можно полагать, что инфразвуковые колебания воспринимаются человеком как физическая нагрузка, которую можно сравнить с другими видами нагрузки, как, например, физическая работа, тепловая нагрузка и др. Инфразвук может вселить в человека такие чувства как тоска, панический страх, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками. Попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть.
Конечно, инфразвук присутствует и в человеке. Например, органы человека имеют инфразвуковую частоту колебаний.
Инфразвук действует за счет резонанса: частоты колебаний при многих процессах в организме лежат в инфразвуковом диапазоне:
«вестебулярный аппарат 0.5-13 Гц
сокращения сердца 4-6 Гц
желудок 2-3 Гц
кишечник 2-4 Гц
почки 6-8 Гц
руки 2-5 Гц» (см. рис. 1)
дельта-ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц
альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц
бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц
легкие 0.3-0.5 Гц
мозг, печень 4-9 Гц
Инфразвук слабо поглощается окружающей средой, а потому беспрепятственно распространяется на большие расстояния. Он имеет естественные и техногенные источники. К естественным источникам относятся землетрясения, бури, ураганы, молнии, цунами. К техногенным – оборудование, созданное силой человеческой мысли и работающее с частотой менее 20 циклов в секунду, например, вентиляторы, ветрогенераторы, судовые двигатели. Для инфразвука препятствий не существует. Он проникает сквозь стёкла и стены. Он вездесущ, неслышим и невидим.
Примером естественного источника инфразвука можно также считать «Голос моря». «Голос моря»- это инфразвуковые волны, возникающие над поверхностью моря при сильном ветре, в результате вихреобразования за гребнями волн. Поскольку он распространяется быстрее области шторма, то «Голос моря» может помочь заранее предсказать шторм. Так, например, медузы, с помощью звуковых колбочек, могут узнать о приближении шторма за 20 часов до того, как он придет в место их обитания и уйти на дно.
А примером техногенного источника инфразвука являются автомобильный транспорт, железнодорожный транспорт, трамваи, промышленная вентиляция, реактивные самолеты (см. рис. 2)
ГЛАВА ВТОРАЯ
Отрицательное влияние
Так как длина инфразвуковой волны весьма велика, проникновение ее в ткани тела тоже будет велико. Фигурально говоря, человек слышит инфразвук всем телом. Действуя за счет резонанса, инфразвуковые колебания по частоте могут совпадать со многими процессами, происходящими в нашем организме.
Самым губительным образом воздействуют на наши внутренности внешние колебания в промежутке 6-12 Гц. При малой интенсивности они вызывают тошноту, звон в ушах, расстройства зрения и безотчетный панический страх. Инфразвук средней интенсивности нарушает работу органов пищеварений и мозга. Значительные психотропные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц, созвучной альфаритму природных колебаний мозга, причем любая умственная работа в этом случае делается невозможной, поскольку кажется, что голова вот-вот разорвется на мелкие кусочки. Инфрачастоты около 12 Гц при силе в 85–110 дБ, наводят приступы морской болезни и головокружение, а колебания частотой 15–18 Гц при той же интенсивности внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, панического страха.
Как мы уже выяснили огрганы человека работают на разных частотах, поэтому и эффекты влияния на них инфразвуков будут различный.
Так, например, медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, имеющей место при колебаниях с частотой 4-8 Гц. Попробовали стягивать (сначала на модели) область живота ремнями. Частоты резонанса несколько повысились, однако физиологическое воздействие инфразвука не ослабилось.
Легкие, также подвержены инфразвуковым колебаниям, при совпадении их частот с частотой инфразвука, самое малое сопротивление стенок легких приведет к их повреждению.
Если же частота инфразвука совпадет с частотой биения сердца, то в самом крайнем случае это может привести к остановке сердца.
Примером случайного использования инфразвука может служить зафисксированный факт:
«Летом 1982 года на палубе ледокола «Таймыр» проводились запуски метеорологических шаров-зондов. Готовясь к одному из них, аэролог случайно коснулся лицом оболочки надутого шара и... отпрянул от острой боли в ушах!
А ночью на «Таймыр» обрушился жестокий шторм.
Находившийся на борту будущий академик В. В. Шулейкин заинтересовался странным происшествием, попробовал найти связь между надувным шаром, болевыми ощущениями и штормом. И в конце концов после ряда экспериментов ему удалось все объяснить. Оказалось, что оболочка шара, надутая водородом, служила своеобразным резонатором, усиливавшим звуковые колебания частотой 6-12 Гц. Они-то и вызывали боль в ушах. Источником же столь низкой частоты бал шторм, бушевавший за сотни миль от «Таймыра». Это открытие позволило со временем создать прибор для предсказания шторма (мы писали о нем в «ЮТ» № 7 за 1988 год), а главное привлекло внимание ученых. Исследования вскоре показали, что инфразвуковых колебаний в природе гораздо больше, чем слышемых звуков. Дует ветер- раскачивает деревья, гонит волны по морю, но при этом создает еще и сверхнизкие акустические колебания. Неуловимые малые землетрясения колеблют кору нашей планеты с частотой 0.1- 1 ГЦ и тоже создает инфразвуковой фон.».
Положительное влияние
Долгое время инфразвук относили к негативным для человека факторам. Но в современном мире его научились применять в некоторых направлениях медицины. Например, в офтальмологии.
Инфразвуковой пневмомассаж оказывает положительное воздействие на активацию обменных процессов в глазу, накопление РНК, улучшение гидродинамики глаза. «Инфразвуковой пневмомассаж изменяет структуру клеточной мембраны, повышает ее проницаемость для питательных веществ и лекарств без повреждения мембраны». «Доказана эффективность инфразвукового пневмомассажа при воспалительных заболеваниях, в частности при кератитах и язвах роговицы».
Также инфразвук используют для того, чтобы узнать пульс человека.
«Услышать инфразвук нельзя, но вот увидеть можно. Советскими учеными разработана специальная аппаратура, позволяющая записывать инфразвуки на ленту магнитофона и наблюдать их на экране осциллографа. Пульс больного, записанный на магнитофон, превращается на экране осциллографа в причудливую кривую. По форме этой кривой можно судить о состоянии здоровья, можно поставить точный диагноз сердечного заболевания.
Сравнение записанных на магнитную ленту кривых пульсовой волны до и после лечения позволит судить об эффективности лекарственных средств.
Инфразвуковая аппаратура может записать на пленку и работу легких, протекающую с основной частотой в 0,25-0,30 Герца.
Во время сложных хирургических операций эта аппаратура позволяет вести одновременное наблюдение за работой сердца, пульсом, дыханием и давлением крови у больного, чего обычными способами добиться очень трудно».
Еще инфразвук используют для определения заболеваний мозга. Также было установлено, что и мозг может резонировать на определенных частотах, выявилась возможность "перекрестного" эффекта резонанса инфразвука с частотой р- и р- волн, существующих в мозгу каждого человека. Эти биологические волны отчетливо обнаруживаются на энцефалограммах, и по их характеру врачи судят о тех или иных заболеваниях мозга. Высказано предположение о том, что случайная стимуляция биоволн инфразвуком соответствующей частоты может повлиять на физиологическое состояние мозга.
Глава III
Для проведения исследования влияния инфразвука на человека, я исследовала его влияние на моих одноклассников. Для этого я разделила их на две группы. Первая- контрольная группа, включающая в себя тех, кто не посещает дискотеки, а если и слушают музыку, то негромкую и недолго. Вторая - опытная группа. В состав этой группы вошли учащиеся, которые слушают музыку каждый день по несколько часов (по дороге в школу и обратно, в свободное время дома, а также при регулярном посещении дискотек). В обе группы вошло по 10 человек, в возрасте 15-16 лет.
В начале исследования был проведен опрос. (Приложение I)
Результаты тестирования показали, что ребята из контрольной группы предпочитают слушать спокойную музыку с лирическим содержанием, лишь три человека иногда слушают классическую музыку. 50% учащихся из опытной группы слушают рок, 30% - поп-музыку, 50% увлекаются клубной музыкой. Все участники первой группы слушают музыку с умеренной громкостью не более 30 минут в день. Участники же из второй группы «заполняют» все свободное время, причем громкость звучания слушаемого ими рока максимальны. И что же они чувствуют во время и после прослушивания музыки? Одноклассники из опытной группы откровенно сознались, что у них вибрируют внутренние органы, они испытывают давление на барабанные перепонки, заложенность ушей. У 60% одноклассников из этой группы после прослушивания музыки наблюдается чувство тревоги и страха, у 80% - усталость и слабость, у 40% - головокружение. Результаты влияния инфразвука во время и после прослушивания музыки, полученные в результате тестирования, приведены в диаграмме (см. приложение II).
Все участники контрольной группы выбрали ответ а) в четвертом вопросе и ответ в) - в пятом. И, конечно, они считают, что именно музыка благотворно влияет на них. Причиной плохого самочувствия 60% одноклассников из опытной группы считают заболевание, 40% винят большие нагрузки в школе.
Наблюдения за участниками эксперимента показали контрастное поведение, хотя до начала эксперимента на нем не заострялось внимание. Теперь видно, что ребята из первой группы спокойные и сдержанные, в общении с одноклассниками они дружелюбны, а на замечания учителей реагируют адекватно. Учащиеся же из второй группы ведут себя прямо противоположно. Они вспыльчивы и не сдержаны, и эти качества они проявляют как в общении с одноклассниками, так и с учителями. Но никто из опрошенных не видит никакого вреда в прослушивании громкой музыки часами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При изучении литературы и социологического опроса я сделала вывод, что инфразвук действительно может влиять на людей в различных метах (в школе, дома, на улице и т. д.), а также, что за последние десятилетия люди многое узнали об инфразвуке, природе его происхождения и распространения, воздействии на человека и о др.. Не все тайны инфразвука перед нами открылись, до сих пор много вопросов остались открытыми. Да, влияние его на человека может быть опасным, но инфразвук также может принести пользу людям. Мне было очень приятно и интересно работать над этой темой, так как я считаю её перспективной и крайне мало освещенной для широкого круга людей.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1) В.В. Сухомлинов. Инфразвук: враг или друг?// Юный техник.-1989.-№ 7.-С. 7-15.
2) Е.И. Сидоренко. Применение инфразвукового вакуумного пневмомассажа в офтальмологии: очки Сидоренко/ Николаева Г.В.// Российская детская офтальмология.-2012.-№ 1-2.-С. 72-75.
3) Физика. 9 кл. : учебник / А. В. Перышкина, Е. М. Гутник.-М. : Дрофа, 2014. - 319
4) http://www.tehnik.slotcar-dz.com/akustika/infrazvuk.html
5) http://class-fizika.narod.ru/s21.htm
ПРИЛОЖЕНИЯ
рисунок 1
рисунок 2
рисунок 3
Приложение I
Социологический опрос (в виде теста)
(Можно выбирать несколько ответов)
1. Какой стиль музыки ты предпочитаешь?
а) рок; б) классический; в) поп; г) клубная
2. Какое количество времени ты посвящаешь прослушиванию музыки?
а) до 30 минут; б) от 30до 60 минут; в) от 1до 2 часов; г) более 2 часов.
3. Как громко она звучит?
а) тихо; б) умеренно; в) громко; г) очень громко, дребезжат стекла.
4. Что ты чувствуешь во время прослушивания музыки?
а) ощущение давления на барабанные перепонки сухость во рту, кожный зуд;
б) наслаждение;
в) ощущение вибрации тела, внутренних органов;
г) ощущение давления на барабанные перепонки.
5. Что ты чувствуешь после прослушивания музыки?
а) головокружение;
б) чувство тревоги и (или) страха;
в) усталость, слабость;
г) чувство радости, приподнятое настроение.
6. Как ты считаешь, чем вызвано твое состояние?
а) у меня какое-то заболевание;
б) я устал(а) от больших нагрузок в школе;
в) я подолгу слушаю музыку и это отрицательно влияет на мое здоровье и настроение;
г) я слушал(а) спокойную, негромкую музыку, которая благотворно действует на меня.
Приложение II