Муниципальное образовательное учреждение

Пертовская средняя общеобразовательная школа

Муниципальное образование –

Чучковский муниципальный район

Рязанской области

Исследовательская работа

К научно-практической конференции

На тему:

«Звук»

Подготовлена:

Ученицами 10 класса

Первак Мариной и Узбековой Юлей

Научный руководитель:

Чекалина О.Ю.

Цель:

• изучение влияние инфразвука и ультразвука на организм человека, последствия этого влияния и возможности использования.

Задачи:

1. Изучить литературные источники по проблеме.
2. Выяснить что такое звук, найти среду его распространения.
3. Собрать информацию о неслышимом для человека инфразвуке и ультразвуке.
4. Узнать об источниках инфразвука и ультразвука и их применении в науке.
5. Определить влияние инфразвука и ультразвука на организм человека.

Многие звуки проходят большие расстояния, прежде чем достигнут наших ушей. Как же распространяется звук? Необходима ли среда - газ, жидкость или твердое тело - для передачи звука?

 Роберт Бойль в 1669г. проверил, передается ли звук в вакууме. он поместил часы в стеклянный сосуд. Издаваемый часами звук стал тише, но все же вполне различим. Затем он откачал воздух из сосуда и убедился, что ничего не слышит. Этот опыт показывает, что для распространения звука необходима среда.

 Среда, отделяющая нас от колеблющихся тел- это обычно воздух.

Опыт: звуковые колебания, приносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызывать в этих системах явление резонанса, т.е. заставить их звучать. Т.к. камертон сам по себе даёт очень слабый звук, потому, что площадь поверхности колеблющихся ветвей камертона, соприкасающихся с воздухом, очень мала и в колебательное движение приходит слишком мало частиц воздуха, то камертон обычно укрепляют на деревянном ящике (резонаторе). Поставим рядом два одинаковых камертона, обратив отверстия ящиков, на которых они укреплены, друг к другу. Ящики нужны потому, что они усиливают звук камертонов. Это происходит вследствие резонанса между камертоном и столбом воздуха, заключенного в ящике; поэтому ящики называются резонаторами или резонансными ящиками. Подробнее мы объясним действие этих ящиков ниже, при изучении распространения звуковых волн в воздухе. В опыте, который мы сейчас разберем, роль ящиков чисто вспомогательная.
Ударим один из камертонов и затем приглушим его пальцами. Мы услышим, как звучит второй камертон.

Этот результат объясняется тем, что колебания одного камертона действуют через воздух с некоторой силой на второй камертон, заставляя его совершать вынужденные колебания.

Но звук может также распространяться в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны звуки гребных винтов теплоходов, удары камней и т.д. Приложив ухо к железнодорожному рельсу, можно услышать звук движущегося поезда, когда другим способом его нельзя услышать или увидеть. Итак, звук может распространяться в любой среде - твердой, жидкой или газообразной, но не может распространяться в вакууме. Как же среда проводит звук? колебания источника звука передаются находящимся около него частицам среды, например, воздуха. Эти частицы передают колебания соседним частицам и т.д. В результате в среде образуются звуковые волны, действующие на барабанную перепонку уха, колебания которой и воспринимаются человеком. Звуковые волны являются продольными волнами сжатия и разрежения.

Сейчас ни для кого не секрет, что звук - это не только то, что мы слышим. Существует диапазон звуковых волн, который наши уши не могут воспринять. Нас заинтересовал вопрос «Как звук влияет на здоровье и настроение людей?» Конечно, сходу понятно, что постоянный шум или резкие звуки влияют на людей отрицательно, а спокойная музыка, тихий шум леса или падающей воды, пение птиц - успокаивают человека, восстанавливают его силы. Безусловно, это хорошая тема для исследования. Но мы особенно заинтересовались вопросом «Как влияют на человека звуки, которые мы не слышим?». Такие звуки получили название «инфразвук» и «ультразвук». В этой работе мы попытаемся выяснить, что об этом известно современной науке.

Инфразвук в нашем повседневном окружении

     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. Естественными источниками инфразвука являются землетрясения, цунами. При помощи достаточно сильных инфразвуков (более 60 дБ) общаются между собой киты.

Исследования медиков в области влияния на человека инфразвука

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 и сердце, как всякие объемные резонирующие системы, также склонны к интенсивным колебаниям при совпадении частот их резонансов с частотой инфразвука. Самое малое сопротивление инфразвуку оказывают стенки легких, что в конце концов может вызвать их повреждение.

Мозг. Здесь картина взаимодействия с инфразвуком особенно сложна. Небольшой группе испытуемых было предложено решить несложные задачи сначала при  воздействии шума с частотой ниже 15 герц и уровнем примерно 115 дБ, затем при действии алкоголя и, наконец, при действии обоих факторов одновременно. Была установлена аналогия воздействия на человека алкоголя и инфразвукового облучения. При одновременном влиянии этих факторов эффект усиливался, способность к простейшей умственной работе заметно ухудшалась.

В других опытах было установлено, что и мозг может резонировать на определенных частотах. Кроме резонанса мозга как упруго инерционного тела выявилась возможность “перекрестного” эффекта резонанса инфразвука с частотой a- и b- 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 инфрозвуком соответствующей частоты может влиять на физиологическое состояние мозга.

Кровеносные сосуды. Здесь имеются некоторые  статистические данные. В опытах французских акустиков и физиологов 42 молодых человека в течении 50 минут подверглись воздействию инфразвука с частотой 7.5 Гц и уровнем 130 дБ. У всех испытуемых возникло заметное увеличение нижнего предела артериального давления. При воздействии инфразвука фиксировались изменения ритма сердечных сокращений и дыхания, ослабление функций зрения и слуха, повышенная утомляемость и другие нарушения.

Воздействие низкочастотных колебаний на живые организмы известно давно. Например, некоторые люди, испытавшие подземные толчки при землетрясении, страдали от тошноты. (Тогда следует вспомнить и о тошноте, вызываемой колебаниями судна или качелей. Это связано с воздействием на вестибулярный аппарат, и проявляется подобный "эффект" не у всех.) Никола Тесла (фамилия которого теперь обозначает одну из основных единиц измерений, уроженец Сербии) около ста лет тому назад инициировал такой эффект у подопытного, сидящего на вибрирующем стуле. (*Умников, считающих этот опыт негуманным не нашлось). Наблюдаемые результаты относятся к взаимодействию твердых тел, когда колебания передаются человеку через твердую среду. Воздействие колебаний, передаваемых организму от воздушной среды, недостаточно изучено. Раскачать тело, как например на качелях, таким способом не удастся. Возможно, что неприятные ощущения возникают при резонансе: совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой колебаний каких-либо органов или тканей. В прежних публикациях об инфразвуке упоминали его воздействие на психику, проявляющееся как необъяснимый страх. Может быть, в этом также "виноват" резонанс

В физике резонансом называют увеличение амплитуды колебаний объекта, когда его собственная частота колебаний совпадает с частотой внешнего воздействия. Если таким объектом окажется внутренний орган, кровеносная либо нервная система, то нарушение их функционирования и даже механическое разрушение, вполне реально. Существуют ли какие-нибудь меры борьбы с инфразвуком?

Меры борьбы с инфразвуком

Следует признаться, что этих мер пока не так уж много. Общественные меры борьбы с шумом начали разрабатываться уже давно. Юлий Цезарь почти 2000 лет назад в Риме запретил езду ночью на грохочущих колесницах. А 400 лет назад королева Англии Елизавета Третья запретила мужьям бить своих жен после 10 часов вечера, "чтобы их крики не беспокоили соседей". Сейчас уже в мировом масштабе принимаются меры борьбы с шумовым загрязнением среды: усовершенствуются двигатели и другие части машин, этот фактор учитывается при проектировании трасс и жилых районов, используются звукоизолирующие материалы и конструкции, экранирующие устройства, зеленые насаждения. Но следует помнить, что и каждый из нас должен быть активным участником этой борьбы с шумом.

Упомянем оригинальный глушитель инфразвукового шума компрессоров и других машин, разработанный лабораторией охраны труда Санкт-Петербургского института инженеров железнодорожного транспорта. В коробе этого глушителя одна из стенок сделана податливой, и это позволяет выравнивать низкочастотные переменные давления в потоке воздуха, идущего через глушитель и трубопровод .

Площадки виброформовочных машин могут являться мощным источником низкочастотного звука. По-видимому, здесь не исключено применение интерференционного метода ослабления излучения путем противофазного наложения колебаний. В системах всасывания и распыления воздуха следует избегать резких изменений сечения, неоднородностей на пути движения потока, чтобы исключить возникновение низкочастотных колебаний .

Некоторые исследователи разделяют действие инфразвука на четыре градации – от слабой до ... смертельной. Классификация – вещь хорошая, но она выглядит довольно беспомощно, если неизвестно, с чем связано проявление каждой градации.

Вывод

За последние десятилетия мы многое узнали о инфразвуке, природе происхождения, его распространения, воздействии на человека, использовании в качестве оружия и о др.. Не все тайны инфразвука перед нами открылись, до сих пор много вопросов остались закрытыми. Ответы на них придётся искать последующим поколениям, они обязательно приоткроют “завесу” тайн, которую сейчас скрывает природа. В свое время Роберт Кох предсказал: "Когда-нибудь человечество вынуждено будет расправляться с шумом столь же решительно, как оно расправляется с холерой и чумой". И это действительно так. Ученые многих стран мира решают проблему борьбы с шумом, так как и он является источником инфразвука. Проводятся всякие всевозможные меры “расправы” как над инфразвуком, так и над шумом. Это имеет большое значение. Сейчас между учеными идет спор, опасен ли все-таки так сильно инфразвук или нет. Мы можем с большой долей вероятности сказать, что он опасен. Особенно в руках, которые не могут его контролировать и следить за его нераспространением (здесь имеется в виду инфразвуковое оружие). Инфразвук в будущем сможет принести много полезного человечеству, главное правильно и грамотно его использовать.

Ультразвук, лечение ультразвуком

Ультразвуковые колебания лежат за пределами восприятия человеческого уха, т. е. от 16 кгц до 2-102Мгц. Благодаря малой длине волны, ультразвук способен создавать очень высокие плотности акустической энергии. Для терапевтических целей обычно применяют частоты 800 кгц. Средняя применяемая терапевтическая интенсивность ультразвука составляет около 1 вт/см2 и меньше. Тончайшие прослойки воздуха (в сотые доли миллиметра) препятствуют прохождению ультразвука в ткани организма.
При воздействии ультразвуком на биологические объекты необходимо в основном считаться со следующими тремя особенностями действия: 1) механическое действие, вызываемое переменным звуковым давлением; 2) тепловой эффект, возникающий внутри ткани; 3) физико-химическое действие. 
Вопрос о дозировке ультразвука весьма сложный, и при установлении биологической дозы некоторые предлагают исходить из химических реакций, вызываемых ультразвуком. В практике при дозировке пользуются интенсивностью ультразвука и продолжительностью воздействия. Биологический эффект в основном зависит от интенсивности ультразвука, которую определяют в вт/см2 с помощью ультразвуковых весов. При применении ультразвука необходимо учитывать его интенсивность в вт/см2, продолжительность воздействия, последовательность и число воздействий, режим применения - непрерывный или импульсный.

В физиотерапии считают интенсивности 0,1-0,4 вт/см2 малыми, 0,5-0,8 вт/см2 средними и 0,9-1,2 вт/см2 большими; большими интенсивностями пользуются только при биологических исследованиях. Необходимо отметить, что серьезных научных обоснований для такого деления нет; при терапевтическом применении ультразвука следует проявлять большую осторожность, особенно в отношении нервной системы. Необходимо учитывать также физиологическую реактивность биологического объекта. Эмбриональная быстрорастущая и новообразованная ткани значительно восприимчивее к действию ультразвука, чем другие. 
Многие явления, которые возникают в различных органах при действии ультразвука, объясняются раздражением нервной системы. При воздействии на нерв на первый план выступает его нагрев с понижением скорости проведения возбуждения, однако после прекращения воздействия ультразвука проводимость нерва восстанавливается. При значительных интенсивностях ультразвука резко снижается физиологическая активность нерва. При этом с помощью поляризационного микроскопа в нерве можно обнаружить местные разрушения поляризационных свойств нервных оболочек, по-видимому, в результате превышения порога кавитации. 

Головной мозг при воздействии ультразвука изучали мало и больше морфологически. При слабых интенсивностях и непродолжительном воздействии отмечалась незначительная реакция, при сильных же интенсивностях появлялись некрозы мозговой ткани, расположенные в виде треугольника, обращенного основанием к черепной крышке. 

Лечебное применение ультразвука имеет большие перспективы в будущем, так как в тканях организма он вызывает изменения различной направленности в зависимости от применяемой интенсивности, способа и места воздействия. Однако биологические основы механизма действия ультразвука разработаны еще недостаточно, несмотря на то что в терапии его применяют уже около 30 лет. Это, с одной стороны, объясняют сложностью физиологических процессов, вызываемых ультразвуком при прохождении через различные ткани, а с другой,- тем, что при биологических исследованиях ультразвука основное внимание было направлено на выяснение характера действия больших интенсивностей, которые для терапии не пригодны. Выяснение специфических особенностей действия ультразвука на различные ткани позволит успешно его применять при различных заболеваниях.

Вредное воздействие 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. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома. Степень выраженности изменений зависит от интенсивности и длительности воздействия ультразвука и усиливается при наличии в спектре высокочастотного шума, при этом присоединяется выраженное снижение слуха. В случае продолжения контакта с ультразвуком указанные расстройства приобретают более стойкий характер. При действии локального ультразвука возникают явления вегетативного полиневрита рук (реже ног) разной степени выраженности, вплоть до развития пареза кистей и предплечий, вегетативно-сосудистой дисфункции. Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ – дают поражающий эффект.

Существуют различные мнения воздействия ультразвука на организм человека. Горяев П.П. – (доктор биологических наук, академик медико-технической академии России.) Он изучал воздействие ультразвука на молекулу ДНК. В 1996 году Горяев подействовал на молекулу ДНК ультразвуком и обнаружил: молекула  ДНК в водном растворе постоянно звучит, она излучает некий звук. Издаёт сложную мелодию с повторяющимися музыкальными фразами. После действия ультразвука Горяев обнаружил звучание только одной ноты.

Заключение.

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 народном хозяйстве. Очень перспективными мы считаем использование инфразвука в целях прогнозирования места и времени будущих извержений вулканов и землетрясений.  Интересно было узнать о разработке оружия массового воздействия с использованием инфразвука. Мы узнали, что ультразвук может влиять на человека негативно. Мне было очень приятно и интересно работать над этой темой, так как мы считаем её перспективной и мало освещённой для широкого круга людей. Материал может быть использован как на уроках физики и биологии, так и во внеклассной работе.