Инфразвук в медицине реферат

Обновлено: 28.06.2024

Реферат по Медицинской и биологической физике на тему:

Ультразвук и инфразвук. Использование в медицине.

Студентка 128 группы

Инфразвук
Влияние инфразвука на организм человека
Инфразвук в медицине
Ультразвук
Влияние ультразвука на организм человека

Звук — всё что слышит ухо, что доходит до слуха. Или более развёрнуто — то, что слышится, воспринимается слухом: физическое явление, вызываемое колебательными движениями частиц воздуха или другой среды. Звук, в широком смысле - колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах.

Мы живем, окруженные огромным разнообразием волн. Волновые процессы можно поделить на две большие группы: электромагнитные и механические. Из первой группы нам наиболее знакомы радиоволны, световые лучи, рентгеновское излучение. Акустические, или звуковые, волны относятся ко второй группе. Они представляют собой колебательные движения упругих тел, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах, то есть в различных средах, обладающих массой и упругостью. Невозможность их распространения в вакууме была доказана экспериментально еще в XVII веке Р. Бойлем.

Основными параметрами любого волнового процесса являются частота колебаний, длина, скорость распространения и интенсивность волн. Частота акустических колебаний измеряется числом волн, прошедших через одну точку в течение 1 с. В качестве единицы частоты используют герц (Гц), который соответствует одному колебанию в 1 с. 1000 Гц составляют килогерц (кГц), а 1000000 Гц — мегагерц (мГц).

Акустические волны принято разделять на несколько частотных диапазонов: колебания с частотой меньше 16 кГц — инфразвук, от 16 кГц до 20 кГц — слышимые звуки, от 20 кГц до 1000 мГц — ультразвук, более 1000 мГц — гиперзвук.

Звуковые волны характеризуются частотой в пределах от 16 Гц до 20 кГц. Упругие волны с частотой 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой у>20 кГц-ультразвуком .

Инфразвуковые волны человеческое ухо не воспринимает. Несмотря на это, они способны оказывать на человека определенные физиологические воздействия. Объясняются эти действия резонансом. Внутренние органы нашего тела имеют достаточно низкие собственные частоты: брюшная полость и грудная клетка - 5-8 Гц, голова - 20-30 Гц. Среднее значение резонансной частоты для всего тела составляет 6 Гц. Имея частоты того же порядка, инфразвуковые волны заставляют наши органы вибрировать и при очень большой интенсивности способны привести к внутренним кровоизлияниям.

Источниками инфразвука могут служить грозовые разряды, орудийные выстрелы, извержения вулканов, взрывы атомных бомб, землетрясения, работающие двигатели реактивных самолетов, ветер, обтекающий гребни морских волн, и т. д.

Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего он может распространяться на очень большие расстояния. Это позволяет определять места сильных взрывов, положение стреляющего орудия, осуществлять контроль за подземными ядерными взрывами, предсказывать цунами и т. д.

Влияние инфразвука на организм человека
Инфразвуковые колебания таят в себе опасность: невидимые и неслышимые волны вызывают у человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха. Особенно опасен инфразвук с частотой около 8 Гц из-за его возможного резонансного совпадения с ритмом биотоков. Инфразвук вреден во всех случаях - слабый действует на внутреннее ухо и вызывает симптомы морской болезни, сильный заставляет внутренние органы вибрировать, вызывает их повреждение и даже остановку сердца. При колебаниях средней интенсивности 110-150 дБ наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями, обмороками, общей слабостью. Инфразвук средней силы может вызвать слепоту. Даже слабый инфразвук от городского транспорта входит В общий шумовой фон города и служит одной из причин нервной усталости жителей больших городов.
Медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, имеющей место при колебаниях с частотой 4 – 8 Гц. Попробовали стягивать область живота ремнями. Частоты резонанса несколько повысились, однако физиологическое воздействие инфразвука не ослабилось.

Легкие и сердце (объемные резонирующие системы) 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 в 115 дБ, затем под действием алкоголя и, наконец, под действием 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 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 и 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 стимуляция биоволн инфразвуком соответствующей частоты, может влиять на физиологическое состояние мозга.

Кровеносные сосуды. Здесь уже имеются некоторые статистические данные. В опытах французских акустиков и физиологов 42 молодых человека в течение 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 инфразвуком фиксировались изменения ритма сердечных сокращений и дыхания, ослабление функций зрения и слуха, повышенная утомляемость и другие нарушения. Таким образом, огромному количеству ученых- исследователей в различных областях науки и техники, медицины, когда-нибудь предстоит решить проблему использование инфразвука во благо человека.

Инфразвук в медицине
В настоящее время инфразвук начинают медленно использовать в медицине. В основном при лечении рака (удаление опухолей), в микрохирургии глаза (лечение заболеваний роговицы) и в некоторых других областях. В России впервые лечение инфразвуком роговицы глаза применили в Российской детской клинической больнице. В первые в практике детской офтальмологии при лечении заболеваний роговицы применен инфразвук и инфразвуковой фонофорез. П одведение лекарственных веществ к роговице с помощью инфразвука позволило не только ускорить процесс выздоровления, но и способствовало рассасыванию стойких помутнений роговицы, а также снизить количество рецидивов заболевания. Сейчас существуют немало физиоотерапевтических аппаратов использующих метод лечения инфразвуком. Но они имеют применение лишь в узких специализациях. По применению инфразвука против рака известно очень мало, существуют единичные устройства такого типа. Хотя перспективность их применения не вызывает больших сомнений. Сложность применения обусловлена тем, что инфразвук оказывает губительное воздействие на живой организм, нужно провести сотни испытаний и много лет работы, чтобы найти подходящие параметры воздействия. Будущее этого метода не за горами.

Ультразвуки - механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхнюю границу чувствительности 20кГц. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2). В гигиенической практике интенсивность ультразвука (уровень ультразвукового давления) оценивается в относительных единицах - дБ

Ультразвук подчиняется тем же закономерностям, что и звуковые волны, но из-за своей высокой частоте он имеет некоторые особенности:

малая длина волны (менее 1,5 см) дает возможность получать направлен сфокусированный пучок большой энергии;

ультразвуковые волны способны создавать четкую акустическую тень, потому размеры экранов всегда будут им соответствовать или больше длины волн;

проходя через границу раздела двух сред, ультразвуковые волны могут отражаться, преломляться или поглощаться;

высокочастотный ультразвук практически не распространяется в воздухе, потому звуковая волна распространяясь в среде, теряет энергию пропорциональную квадрату частоты колебаний

При распространении ультразвука в биологических средах происходит его поглощение и преобразование акустической энергии в силовую энергию.

Влияние ультразвука на организм человека
Под влиянием ультразвуковых колебаний в тканях организма происходят сложные процессы. Колебания частиц ткани с большой частотой при небольшой интенсивности действуют как вибромассаж. Образование внутритканевого тепла в результате трения частиц между собой, расширяет кровеносные сосуды и усиливает кровоток по ним; ускоряются биохимические реакции.

Ультразвуки дробят жидкие и твердые вещества, образуя различные эмульсии и суспензии.

В медицине при помощи ультразвука осуществляют сварку сломанных костей, обнаруживают опухоли, осуществляют диагностические исследования в акушерстве и т. д. Биологическое действие ультразвука (приводящее к гибели микробов) позволяет использовать его для стерилизации молока, лекарственных веществ, а также медицинских инструментов. Ультразвук как лечебное средство используется в физиотерапии: болеутоляющее, противовоспалительное и бактерицидное действие, стимулирует действие нервной системы, улучшает кроветворение, усиливает защитные реакции организма, снижает артериальное давление и т.п.

Ультразвук в медицине

Для лечебных целей применяется ультразвук с частотой от 800 000 до 3 000 000 колебаний в секунду. Для генерирования ультразвука используются устройства, называемые ультразвуковыми излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели. В организме ультразвук частотой 800—1000 кГц распространяется на глубину 8—10 см, а при частоте 2500–3000 Гц – на 1,0–3,0 см. Ультразвук поглощается тканями неравномерно: чем выше акустическая плотность, тем меньше поглощение. На организм человека при проведении ультразвуковой терапии действуют три фактора:

1) механический – вибрационный микромассаж клеток и тканей; 2) тепловой – повышение температуры тканей и проницаемости клеточных оболочек; 3) физико-химический – стимуляция тканевого обмена и процессов регенерации.

Биологическое действие ультразвука зависит от его дозы, которая может быть для тканей стимулирующей, угнетающей или даже разрушающей. Наиболее адекватными для лечебно-профилактических воздействий являются небольшие дозировки ультразвука (до 1,2 Вт/см 2 ), особенно в импульсном режиме. Они способны оказывать болеутоляющее, антисептическое (противомикробное), сосудорасширяющее, рассасывающее, противовоспалительное, десенсибилизирующее (противоаллергическое) действие. В физиотерапевтической практике используются преимущественно отечественные аппараты трех серий: УЗТ-1, УЗТ-2, УЗТ-3. Ультразвук применяется на область мозга, шейных позвонков, костные выступы, области растущих костей, ткани с выраженным нарушением кровообращения, на живот при беременности, мошонку. С осторожностью ультразвук применяют на область сердца, эндокринные органы. Различают непрерывный и импульсный ультразвук. Непрерывным ультразвуком принято называть непрерывный поток ультразвуковых волн. Этот вид излучения используется главным образом для воздействия на мягкие ткани и суставы. Импульсный ультразвук представляет собой прерывистое излучение, т. е. ультразвук посылается отдельными импульсами через определенные промежутки времени.

Получать инфра- и ультразвук люди научились еще в 19 веке, но применять его относительно недавно. Их применение очень важно для человека. Инфра- и ультразвук применяют для спасения людей и создания технических приборов, помогающих улучшить комфортность работы специалистов и жизни людей. Они, безусловно, важны для человека. Но не только для человека, но и для животных, некоторые перемещаются только благодаря инфра- и ультразвуку , некоторые добывают себе еду только благодаря им. А некоторые общаются между собой только благодаря им. Инфра- и ультразвук средство их существования.
Большую часть времени активной жизнедеятельности человека занимает целенаправленная профессиональная работа, осуществляемая в условиях производственной среды, которая при несоблюдении принятых нормативных требований может неблагоприятно повлиять на его работоспособность и здоровье. Инфра- и ультразвук – являются вредными, отрицательно влияющими на работоспособность, вызывающие профессиональные заболевания и другие неблагоприятные последствия. Трудовая деятельность человека и производственная среда постоянно меняются в процессе интенсивного использования продуктов научно-технического прогресса и осуществления широких социально-экономических преобразований. Поэтому так необходимо и важно применение общих требований безопасности к производственному оборудованию и производственным процессам. Безопасность производственных процессов в основном определяется безопасностью производственного оборудования. Важно соблюдение установленных принципов безопасной организации производственных процессов, общих требований безопасности к производственным помещениям, размещению производственного оборудования и организации рабочих мест, к профессиональному отбору и проверке знаний работающих а также требования к применению работающими средств защиты.

Цель: обосновать недостаточность СанПиН в части, касающейся уровня шума; обосновать возможность негативного влияния ряда частот сверхвысокочастотного электромагнитного поля бытовых и промышленных приборов на здоровье человека. Проанализированы недостатки СанПиН; с помощью формулы, полученной из теоретических выкладок и экспериментальных данных, вычислены резонансные частоты ядерных ДНК клеток организма человека, проведено сравнение с частотами бытовых и промышленных приборов. Приведены звуковые частоты в инфра-диапазоне, опасные для человека; определены приборы, чьи сверхвысокие частоты электромагнитного поля негативно влияют на здоровье человека. Возможно, стоит дополнить СанПиН в отношении низкочастотного шума; необходима разработка мер, предохраняющих от воздействия слабых электромагнитных полей ряда бытовых и промышленных приборов, необходимы дополнительные системы защиты от этих полей.

9. Козьмин Г.В., Егорова В.И. Устойчивость биоценозов в условиях изменяющихся электромагнитных свойств биосферы // Биомед. технологии и радиоэлектроника. – 2006. – № 3. – С. 61-72.

10. Красовский В.О. Актуальность сравнительного спектрального анализа шумов в санитарном надзоре // Гигиена и санитария. – 2012. – № 1. – С. 81-84.

16. Севастьянова Л.А., Голант М.Б., Зубенкова Э.С. и др. Действие радиоволн миллиметрового диапазона на нормальные ткани и злокачественные новообразования // Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине

17. Терешкина О.В. Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты на репродуктивную функцию млекопитающих (Экспериментальное исследование): дис. . канд. биол. наук: 03.00.02. – Тула, 2006. – 127 с.

19. Auditory Responses to Pulsed Radiofrequency Energy. Bioelectromagnetics Suppl. 8, 2003. – Р.162-73.

20. A.H. Frey. "Human auditory system response to modulated electromagnetic energy." J AppliedPhysiol 17 (4): 689–92, 1962.

21. Hambling David (3 July 2008). "Microwave ray gun controls crowds with noise". New Scientist. Retrieved 12 January 2014.

22. Lin J.C. Microwave auditory effect – a comparison of some possible transduction mechanisms. J Microwave Power. 1976 Mar; 11(1):77–81. 1976.

23. Lin J.C., 1980. "The microwave auditory phenomenon". Proceedings of the IEEE, 68:67–73. Navy-NSF-supported research.

Цель: показать, что низкие звуковые частоты ниже ПДУ, а также ряд бытовых и промышленных приборов с СВЧ ЭМП ниже ПДУ негативно влияют на человека.

Введение

Санитарными нормами установлены нормы допустимого шума в жилых зданиях в дневное и ночное время, превышение которого запрещается [1]. Допустимые уровни шума в жилых помещениях и на территории жилой застройки предусмотрены в [15].

Для звуковых волн в жилых и рабочих помещениях в СанПиН приняты ограничения [13]. Указывается, что, например, для творческой работы уровень шума частоты 31,5 Гц не должен превышать 86 дБ, а для частоты 500 Гц – 49 дБ и т.д.

В [10] указывается на необходимость спектрального анализа шумов в санитарном надзоре, но де исследуется действие резонансный частот.

Крайне высокочастотное (КВЧ) электромагнитное поле (ЭМП) ниже ПДУ может негативно влиять на организм [17]. Тем не менее КВЧ-поле используется при лечении самых разнообразных заболеваний, включая злокачественные новообразования [16].

Аппараты СМВ- и ДМВ-терапии должны помещаться в объем, изолированный материалом из хлопчатобумажной ткани с микропроводом. Излучатель во время процедур должен быть направлен в сторону наружной стенки. При контактном расположении излучателя портативные аппараты могут эксплуатироваться без экранирующей кабины, но они должны быть удалены от рабочего места медсестры на 2–3 м. Величина предельно допустимого уровня (ПДУ) плотности потока мощности (энергии): при облучении в течение всего рабочего дня – 10 мкВт/см2; при облучении не более 2 ч за рабочий день 100 мкВт/см2; при облучении не более 20 мин за рабочий день – 1 мВт/см2 (при условии использования защитных очков, типа ОРЗ-5). Следует избегать прямого воздействия дециметровых волн большой интенсивности на глаза и половые органы.

Для ДМВ-терапии приняты дополнительные правила: процедуры разрешается проводить только на стульях и кушетках, изготовленных из изоляционного материала; нижний край штор экранирующей кабины должен отстоять от пола не более чем на 2 см; края шторы, образующие вход в кабину, должны заходить друг за друга минимум на 10–15 см; пациент должен находиться как можно дальше от экранирующих поверхностей, чтобы максимально исключить действие не учитываемой рассеянной энергии; во время процедуры пациент не должен касаться труб водопровода, канализации и отопления; при контактной методике воздействия нельзя сильно прижимать излучатель к телу, его нужно устанавливать, чуть касаясь кожи или слизистой оболочки, сильное прижатие излучателя может привести к нарушению регионарного кровообращения или даже к ожогу, который может проявиться не сразу, а через 1–2 дня при последующих процедурах; рабочую поверхность излучателей необходимо обрабатывать дезинфицирующим раствором, защитный колпачок от полостных излучателей после проведения процедуры дезинфицируют путем кипячения в воде; в работе аппаратов необходимо делать перерывы на 10 мин. после каждого часа работы [3].

Опасные для человеческого организма сверхвысокие частоты ЭМП используются в ряде других приборов.

Радары работают на частотах 0.5 ГГц – 15 ГГц, системы спутниковой связи – примерно 2.38 ГГц, СВЧ-печи – 2.45 ГГц (хотя последнее следует исключить, они имеют несколько уровней защиты).

Развитие производства энергосберегающих ламп в направлении СВЧ было заброшено. Правда, не по причинам, связанным с безопасностью.

СВЧ-излучение ламп подсветки ЖК-мониторов – порядка 0,5 мВт, его не стоит опасаться также в виду того, что оно является паразитным, без фиксированной частоты.

Системы сотовой связи используют частоты 0,463 ГГц – 1,99 ГГц. Стандарты GSM-850/900 нас не интересует. Стандарт GSM-1800: частоты передачи MS и приёма BTS uplink – 1.71-1.785 ГГц; downlink – 1.805-1.880 ГГц. Стандарт GSM-1900, используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки: частоты передачи MS и приёма BTS – 1.85-1.91 ГГц; 1.93-1.99 ГГц.

В НИОКР (со сверхвысокочастотным ЭПР и др.) исследователи могут использовать определенные сверхвысокие частоты, негативно влияющие на организм. Например, СВЧ ЭМП, модулированное частотно мегагерцами, воздействует на центральную и вегетативную нервные системы. Так, Алан Фрей обнаружил, действие такого излучения может вызвать ощущение укола иголкой, удара палкой или ощущение звука, причем даже у глухих (A. Frey, AnnalsofPhysics, 1960, 1962; см. также [19–23]).

В СВЧ-диапазоне работают процессоры современных компьютеров.

Celeron-450 – тактовая частота 0,45ГГц, Pentium (или 586, или Р5) – частоты: 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 Мгц, PentiumPro - 150, 166, 180, 200 МГц, PentiumII – 233, 266, 300, 333, 350, 400, 450 Мгц,CeleronI – 266, 300, 333, 366, 400, 433, 466, 500, 533 МГцCeleronII - 566, 600, 633, 667, 700, 733, 766, 800, 850, 900. Pentium III – 533, 550, 600, 650, 667, 700, 733, 750, 800, 850, 866, 933 МГц, 1, 1.13, 1.2 ГГц и выше. Эти модели, а также более ранние, нас не интересуют.

Pentium IV– 1.3, 1.4, 1.5, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.06, 3.2, 3,4 и более ГГц.

Центральные процессоры, работающие с системной шиной с частотой 800 МГц, могут иметь следующие частоты: 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6 ГГц. С системной шиной 533 МГц – 2.26, 2.4, 2.53, 2.66, 2.8, 3.06 ГГц. С системной шиной 400 МГц – 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.5, 2.6 ГГц.

PentiumExtremeEdition – 3.2, 3.46, 3.73 ГГц.

Xeon: Nocona, Irwindale, Cranford, Potomac, PaxvilleDP (2.8 ГГц), PaxvilleMP (2.67–3.0 ГГц), Dempsey (2.67–3.73 ГГц).

Woodcrest – 1.6–3.0 ГГц; Clovertown – 1.6-2.66 ГГц; PentiumDual-Core – 1.60; 1.73; 1.86 ГГц,

(Xeon LV) (Sossaman) 2.0 ГГц

Intel Core2 имеет модели: Conroe (1.86–3.0ГГц), Allendale (1.6–2.6 ГГц), Conroe XE (2.93, 3.2 ГГц,), Merom (1.06–2.6 ГГц), Kentsfield (2.4–3.0 ГГц), Wolfdale/Yorkfield (2.53–3.33 ГГц),

PentiumDualCore имеет модели: Merom-2M (1.46–1.86 ГГц), Allendale (1.6–2.4 ГГц), Wolfdale (2.8–2.93 ГГц).

Intel Atom – 0.8–2.0 ГГц; Diamondville (1.6–1.66 ГГц).

Intel Core i3имеетмодели: Clarkdale (2.93–3.33 ГГц,), Arrandale (1.2–2.53 ГГц).

Intel Core i5 имеет модели: Lynnfield (2.4–2.8 ГГц), Clarkdale (3.2–3.6 Ггц), Arrandale (1.06–2.67 ГГц).

Intel Core i7, имеет модели: Gulftown (3.2–3.46 ГГц), Bloomfield (2.66–3.33 ГГц), Lynnfield (2.53–3.06 ГГц), Arrandale (1.06–2.8 ГГц).

IntelCorei7 ExtremeEditionимеетмодели: Bloomfield (3.2–3.33 ГГц), Gulftown (3.33–3.46 ГГц).

Intel Core i3 – 2.5–3.4 ГГц, Intel Core i5 - 2.3–3.3 ГГц, Intel Core i7 – 2.8–3.4 ГГц.

IntelCorei7 ExtremeEdition имеет модели: Bloomfield (3.2–3.33 ГГц), Gulftown (3.33–3.46 ГГц).

Итого, частоты процессоров охватывают набор частот 0,06 ГГц - 1,8 ГГц (мы увидим, что он нам не нужен) и дискретно-непрерывный диапазон 1,9–3,73 ГГц.

Потребляемая компьютером мощность – 60 Вт, подавляющий процент расходуется на тепло, на излучение остается порядка 0,5 Вт. Поскольку платы – многослойные, краски содержат тяжелые металлы, плюс экранирование металлического корпуса, на расстоянии 50 см от системного блока плотность потока мощности СВЧ излучения явно не превышает ПДУ.

Общая характеристика воздействия ЭМП компьютеров дана в [11], однако она не касается резонансного действия.

Анализ

Для звуковых волн по СанПиН – чем ниже частота, тем больше допустимая мощность [18]. Для 500 Гц, т.е. для пения в 1-й октаве, дневной допустимый уровень – 39 дБ, а для 31,5 Гц – 79 дБ. Для творческой деятельности, как мы видели выше, та же закономерность, хотя уже 55 дБ существенно снижает продуктивность умственной деятельности.

Частоты ниже 31,5 ГГц вообще не обозначены.

Между тем в случае резонансных инфразвуковых волн область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20–30 Гц, при горизонтальных – 1.5–2 Гц. Расстройство зрительных восприятий проявляется в частотном диапазоне между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок. Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости, резонансными являются частоты 3– 3.5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4–6 Гц.

В течение последних десятилетий резко возросло количество разного рода машин и других источников шума, распространение портативных радиоприемников и магнитофонов, нередко включаемых на большую громкость, увлечение громкой популярной музыкой. Отмечено, что в городах каждые 5-10 лет уровень шума возрастает на 5 Дб.

Содержание работы

1. Введение
2. Инфразвук
3. Источники инфразвука
4. Влияние инфразвука на организм человека
5. Собственные (резонансные) частоты некоторых частей тела человека
6. Некоторые меры борьбы с инфразвуком
7. Вывод
8. Используемая литература

Файлы: 1 файл

Щур А., инфразвук.doc

Реферат на тему:

3. Источники инфразвука

4. Влияние инфразвука на организм человека

5. Собственные (резонансные) частоты некоторых частей тела человека

6. Некоторые меры борьбы с инфразвуком

8. Используемая литература

Под воздействием шума нарушается деятельность мозга: снижается острота восприятия, умственная работоспособность. Отмечено ухудшение пищеварения. Известно, что длительное пребывание в шумной обстановке ведет к снижению слуха. В зависимости от индивидуальной чувствительности люди поразному оценивают шум как неприятный и мешающий им. Важно подчеркнуть, что неприятные последствия вызывает не только чрезмерный шум в слышимом диапазоне колебаний: ультра- и инфразвук в не воспринимаемых слухом человека диапазонах (выше 20 тыс.Гц и ниже 16Гц) также вызывает нервное перенапряжение, недомогание, головокружение, изменение деятельности внутренних органов, особенно нервной и сердечно-сосудистой систем.

Установлено, что у жителей райнов, расположенных рядом с крупными международными аэропортами, заболеваемость гипертонией отчетливо выше, чем в более тихом районе того же города. В общем источников инфразвука хоть отбавляй.

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. "Инфразвук" происходит от лат. infra - "ниже, под" и означает упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Инфразвук содержится в шуме атмосферы, леса и моря.

За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десяток секунд.

Природа возникновения инфразвуковых колебаний такая же, как и у слышимого звука, поэтому инфразвук подчиняется тем же закономерностям, и для его описания используется такой же математический аппарат, как и для обычного слышимого звука (кроме понятий, связанных с уровнем звука). Инфразвук слабо поглощается средой, поэтому может распространяться на значительные расстояния от источника. Из-за очень большой длины волны ярко выражена дифракция.

Инфразвук, образующийся в море, называют одной из возможных причин нахождения судов, покинутых экипажем

Источником инфразвуковых колебаний являются грозовые разряды (гром), а также взрывы и орудийные выстрелы. В земной коре наблюдаются сотрясения и вибрации инфразвуковых частот от самых разнообразных источников, в том числе от взрывов обвалов и транспортных возбудителей.

Развитие промышленного производства и транспорта привело к значительному увеличению источников инфразвука в окружающей среде и возрастанию интенсивности уровня инфразвука.

Что является источником инфразвука? Инфразвук издается различным оборудованием и возникает при:

 перемещении поверхностей больших размеров;

 наличии мощных турбулентных потоков жидкостей или газов;

 работе машины высокой единичной мощности при сравнительно низком рабочем числе оборотов, ходов или ударов;

 передвижении по местности, дорогам, магистралям и т.п.;

 ударном возбуждении конструкций;

 вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс с повторением циклов не менее 20 раз/с;

 наличии замкнутых объемов, возбуждаемых динамически (например, кабины наблюдения за технологическим процессом);

 работе крупногабаритных двигателей и рабочих органов машин (например, карьерные экскаваторы);

 взрыве атомных бомб.

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.

Таблица. Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах.

Характерный частотный
диапазон инфразвука

Снаружи 70-90 дБ,
внутри до 120 дБ

Железнодорожный транспорт и трамваи

Внутри и снаружи
от 85 до 120 дБ

Вентиляция промышленных помещений, метрополитен

Снаружи до 130 дБ

Индикаторы шторма. Голос моря.

"Голос моря" - это инфразвуковые волны, возникающие над поверхностью моря при сильном ветре, в результате вихреобразования за гребнями волн. Вследствие того, что для инфразвука характерно малое поглощение, он может распространяться на большие расстояния, а поскольку скорость его распространения значительно превышает скорость перемещения области шторма, то "голос моря" может служить для заблаговременного предсказания шторма.

Подчас инфразвуковые волны зарождаются в океане во время шторма или подводных землетрясений, распространяясь на сотни, тысячи километров, как в воздухе, так и в воде. Поэтому могут настигать корабль, который находится далеко, в совершенно спокойном районе. На морских просторах встречаются судна с мертвыми моряками. Они погибли от мгновенной остановки сердца. Находятся и обезлюдевшие корабли-призраки. Их экипажи, обуянные непонятным ужасом, выбрасывались за борт. Известно немало рассказов о субмаринах, пропавших при странных обстоятельствах. Все это - следствие действия инфразвуковых колебаний.

Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. На краю "колокола" у медузы расположены примитивные глаза и органы равновесия - слуховые колбочки величиной с булавочную головку. Это и есть "уши" медузы. Они слышат инфразвуки с частотой 8 - 13 герц. Шторм разыгрывается еще за сотни километров от берега, он придет в эти места примерно часов через 20, а медузы уже слышат его и уходят на глубину.

Влияние инфразвука на организм человека.

В конце 1960-х годов французский исследователь Гавро, изучавший влияние инфразвука на организм человека, установил, что при колебаниях порядка 6 Гц у добровольцев, участвовавших в опытах возникает ощущение усталости, потом беспокойства, переходящего в безотчетный ужас. По мнению Гавро, при 7 Гц возможен паралич сердца и нервной системы. Получается, что инфразвук с частотой 7 Гц смертелен для человека.

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что человеческий организм высокочувствителен к инфразвуку. Воздействие его происходит не только через слуховой анализатор, но и через механорецепторы кожи. Возникающие под воздействием инфразвука, нервные импульсы нарушают согласованную работу различных отделов нервной системы, что может проявляться головокружением, болями в животе, тошнотой, затрудненным дыханием, чувством страха, при более интенсивном и продолжительном воздействии - кашлем, удушьем, нарушением психики. Инфразвуковые колебания даже небольшой интенсивности вызывают тошноту и звон в ушах, уменьшают остроту зрения.

Колебания средней интенсивности могут стать причиной расстройства пищеварения, сердечно-сосудистой, дыхательной систем, нарушения психики с самыми неожиданными последствиями.

Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний внутренних органов и инфразвука, приводит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход из-за остановки сердца, или разрыва кровеносных сосудов.

Собственные (резонансные) частоты некоторых частей тела человека.

Следует принимать особые меры защиты против появления звуковых колебаний со следующими частотами, потому - что совпадение частот приводит к возникновению резонанса:

• 20-30 Гц (резонанс головы)

• 40-100 Гц (резонанс глаз)

• 0.5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата)

• 4-6 Гц (резонанс сердца)

• 2-3 Гц (резонанс желудка)

• 2-4 Гц (резонанс кишечника)

• 6-8 Гц (резонанс почек)

• 2-5 Гц (резонанс рук)

Медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, имеющей место при колебаниях с частотой 4-8 Гц . Попробовали стягивать (сначало 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 инвразвуку оказывают стенки легких, что в конце концов может вызвать их повреждение.

Некоторые 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.

В выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования - увеличения его быстроходности (например, увеличение числа рабочих ходов кузнечнопрессовых машин, чтобы основная частота следования силовых импульсов лежала за пределами инфразвукового диапазона).

Ультразвук представляет собой высокочастотные механические колебания частиц твердой, жидкой или газообразной среды, неслышимые человеческим ухом. Частота колебаний ультразвука выше 20 000 в секунду, т. е. выше порога слышимости.

Работа содержит 1 файл

инфразвук ультразвук.docx

Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели. Применение ультразвука в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. По физической природе ультразвук, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны ультразвука существенно меньше длины звуковой волны. Чем больше различные акустические сопротивления, тем сильнее отражение и преломление ультразвука на границе разнородных сред. Отражение ультразвуковых волн зависит от угла падения на зону воздействия – чем больше угол падения, тем больше коэффициент отражения.

В организме ультразвук частотой 800—1000 кГц распространяется на глубину 8—10 см, а при частоте 2500–3000 Гц – на 1,0–3,0 см. Ультразвук поглощается тканями неравномерно: чем выше акустическая плотность, тем меньше поглощение.

На организм человека при проведении ультразвуковой терапии действуют три фактора:

1) механический – вибрационный микромассаж клеток и тканей;

2) тепловой – повышение температуры тканей и проницаемости клеточных оболочек;

3) физико-химический – стимуляция тканевого обмена и процессов регенерации.

В физиотерапевтической практике используются преимущественно отечественные аппараты трех серий: УЗТ-1, УЗТ-2, УЗТ-3.

Ультразвук не применяется на область мозга, шейных позвонков, костные выступы, области растущих костей, ткани с выраженным нарушением кровообращения, на живот при беременности, мошонку. С осторожностью ультразвук применяют на область сердца, эндокринные органы.

Различают непрерывный и импульсный ультразвук. Непрерывным ультразвуком принято называть непрерывный поток ультразвуковых волн. Этот вид излучения используется главным образом для воздействия на мягкие ткани и суставы. Импульсный ультразвук представляет собой прерывистое излучение, т. е. ультразвук посылается отдельными импульсами через определенные промежутки времени.

Основные источники инфразвуковых волн.

Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах приведены в таблице.

Характерный частотный диапазон инфразвука

Весь спектр инфразвукового диапазона

Снаружи 70-90 дБ, внутри до 120 дБ

Железнодорожный транспорт и трамваи

Внутри и снаружи от 85 до 120 дБ

Промышленные установки аэродинамического и ударного действия

Вентиляция промышленных установок и помещений, то же в метрополитене

Снаружи до 130 дБ

Влияние инфразвука на организм человека

В конце 60-х гг. французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвуки определённых частот могут вызывать у человека тревожность и беспокойство, головную боль, снижать внимание и работоспособность, даже нарушать функцию вестибулярного аппарата и вызывать кровотечение из носа и ушей. Инфразвук частотой 7 Гц смертелен. Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира: для разгона толпы включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5-9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют ИЗ-частоту и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти из этого места.

Профессор Гавро познакомился с инфразвуками почти случайно. В одном из помещений лаборатории, где работали его сотрудники, с некоторых пор стало невозможно находиться. Достаточно было пробыть здесь два часа, чтобы почувствовать себя совсем больным: кружилась голова, наваливалась усталость, мысли путались, а то и вовсе не хотелось думать о чём-либо.

Прошёл не один день, прежде чем исследователи сообразили, где следует искать неизвестного врага. Им оказались инфразвуки большой мощности, создаваемые вентиляционной системой нового завода, построенного близ лаборатории. Частота этих волн равнялась 7 Гц. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется, если частота волны совпадает с так называемым альфа-ритмом головного мозга.

Сходные воздействия инфразвука и мигающего света, не считая даже повышенную громкость звука, испытывают посетители дискотек. Вполне возможно, что они не проходят бесследно, и в организме могут происходить какие-либо нежелательные и необратимые изменения.

При землетрясениях и подвижках земной коры генерируются волны трёх типов: P, S, и L. P-волны (от англ. primary - первичный) - продольные волны сжатия-растяжения, распространяются на огромные расстояния со скоростью звука в данной среде. S-волны (от англ. secondary - вторичный) - поперечные, они могут распространяться только в скальных породах. L-волны (волны Лява, по имени открывшего их учёного A.Love) подобны морским и распространяются вдоль границ разных сред с малой скоростью, зависящей от частоты. Волна инфразвука, дойдя до поверхности Земли от центра землетрясения, превращается в L-волну, которая и вызывает наблюдаемые многочисленные разрушения. Такие же, но более слабые, волны возникают при подземных ядерных взрывах.

Инфразвуковые колебания в атмосфере Земли являются результатом действия многочисленных причин: галактических космических лучей, гравитационных воздействий Луны и Солнца, падений метеоритов, электромагнитных излучений и корпускулярных потоков от Солнца, а также геосферных процессов. Взаимодействие электромагнитного излучения с оптическими неоднородностями атмосферы может приводить к генерации акустических колебаний в широком диапазоне частот. Следует ожидать поэтому, что в спектре ИЗ-колебаний атмосферы должна проявляться ритмика солнечной активности. Это может обуславливать широко известную связь солнечной активности с биосферными процессами.

ИЗ-колебания в атмосфере связаны также с сейсмической активностью, причём они могут быть и внешним воздействием на подготовительные процессы, и их результатом. Связь интенсивности сейсмических процессов с солнечной активностью была обнаружена при анализе глобальной сейсмичности и 11-летних солнечных циклов. Сейчас считается, что эта связь осуществляется через циклоническую активность в атмосфере.

В ЛЦ ИКИ в результате анализа спектров инфразвука, полученных в период 1997-2000 гг., обнаружены годовые, сезонные, 27-суточные и суточные периоды колебаний. Подтверждена гипотеза о возрастании энергии инфразвука при уменьшении солнечной активности. Максимальная годовая энергия инфразвука наблюдалась в 1997 г., когда солнечная активность была в минимуме, аналогичное наблюдалось и при её кратковременных (5-10 суток) изменениях. Исследования ИЗ-спектров до и после крупных землетрясений показало их характерные изменения перед крупными землетрясениями. В результате экспериментов по наблюдению электромагнитных откликов на акустические возмущения в атмосфере, создаваемые с помощью мобильного акустического излучателя, доказана связь инфразвука с геомагнитными вариациями.

Таким образом, Солнце, межпланетная среда, атмосфера и литосфера представляют собой единую систему, и существенную роль в процессах их взаимодействия играют ИЗ-волны.

4. УЛЬТРАЗВУК

Ультразвук - упругие волны высокой (более 20 кГц) частоты. Хотя о существовании ультразвука учёным было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах.

Генерация ультразвуковых (УЗ) волн. Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. В газовой среде УЗ-волны обычно возбуждаются механическими излучателями разного рода - сиренами прерывистого действия. Мощность ультразвука - до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц. УЗ-волны в жидкостях и твёрдых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.

Сирена - один из видов механических УЗ-излучателей. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены имеют камеру, закрытую сверху диском (статором) с большим количеством отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске - роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Основная задача при изготовлении сирен - это, во-первых, увеличить число отверстий в роторе и, во-вторых, увеличить скорость его вращения. Однако совместить эти требования очень трудно.

Применение ультразвука в Медицине

Гигиена. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет, но до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме его воздействия на больные органы. Одна из гипотез: высокочастотные УЗ-колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый микромассажем.

Санитария. Широко применяются в больницах и клиниках УЗ-стерилизаторы хирургических инструментов.

Диагностика. Электронная аппаратура со сканированием УЗ-лучом служит для обнаружения опухолей мозга и постановки диагноза.

Акушерство - область медицины, где эхоимпульсные УЗ-методы наиболее прочно укоренились, как, например, ультразвуковое исследование (УЗИ) движения плода, которое недавно прочно вошло в практику. Сейчас происходит накопление информации по движению конечностей плода, псевдодыханию, по динамике сердца и сосудов. Пока исследуются физиология и развитие плода, а до обнаружения аномалий пока ещё далеко.

Офтальмология. Ультразвук особенно удобен для точного определения размеров глаза, а также для исследования патологий и аномалий его структур в случае непрозрачности и, следовательно, недоступности для обычного оптического исследования. Область позади глаза - орбита - доступна обследованию через глаз, поэтому ультразвук вместе с компьютерной томографией стал одним из основных методов исследования патологий этой области.

Кардиология. Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано с возможностью быстрого получения пространственной информации, а также возможностью её объединения с томографической визуализацией.

Терапия и хирургия. Давно известно, что УЗ-излучение можно сделать узконаправленным. Французский физик Поль Ланжевен впервые заметил его повреждающее действие на живые организмы. Результаты его наблюдений, а также сведения о том, что УЗ-волны могут проникать сквозь мягкие ткани человеческого организма, привели к тому, что с начала 1930-х гг. возник большой интерес к проблеме применения ультразвука для терапии различных заболеваний. Особенно широко ультразвук стал применяться в физиотерапии. Тем не менее лишь недавно стал намечаться научный подход к анализу явлений, возникающих при взаимодействии УЗ-излучения с биологической средой. Терапевтический ультразвук можно разделить на ультразвук низких и высоких интенсивностей - соответственно неповреждающий нагрев (или какие-либо нетепловые эффекты) и стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений (физиотерапия и некоторые виды терапии рака). При более высоких интенсивностях основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях (хирургия). Электронная аппаратура используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным (порядка 1000 кГц) пучком.

Читайте также: