FIZIČKI IZVORI ŠTETNOSTI BUKA I VIBRACIJE

Παρουσίαση με θέμα: "FIZIČKI IZVORI ŠTETNOSTI BUKA I VIBRACIJE"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 FIZIČKI IZVORI ŠTETNOSTI BUKA I VIBRACIJE

2 Z V U Č N E O S C I L A C I J E - B U K A
Zvučne oscilacije proučava akustika- njihovo nastajanje, širenje i dejstvo; Jedna od važnijih oblasti akustike proučava smanjenje štetnih zvukova – buke; Buka – predstavlja zvuk kome pored fizičkog tumačenja treba dodati psihofiziološka štetna dejstva tj. to je neželjeni ili uznemiravajući zvuk.

3 NASTAJANJE MEHANIČKIH TALASNIH
KRETANJA Zvučni talasi – mehaničko talasno kretanje - nastaje u elastičnoj sredini kada se u njoj izvrši elastična deformacija pod dejstvom neke spoljašnje sile. Drugim rečima, da bi postojao mehanički talas, potrebno je da postoje: - izvor poremećaja, - sredina u kojoj može da se izvede poremećaj, - određena fizička veza između čestica sredine kojom su povezani njeni susedni delovi i putem koje utiču jedni na druge.

4 Prostiranje poremećaja sredine koje se ogleda u harmonijskom oscilovanju delića sredine predstavlјa progresivni talas. Progresivni talasi kod kojih se delići sredine kreću u pravcu normalnom na prostiranje talasa nazivaju se transverzalni talasi - javlјaju se samo u sredinama gde postoje elastične sile smicanja - čvrsta tela. Progresivni talasi kod kojih se delići sredine kreću paralelno kretanju talasa, nazivaju se longitudinalni talasi – zvuk u vazduhu.

5 Svaka deformacija se od izvora u elastičnoj sredini prenosi nekom brzinom.
Put koji pređe talas za vreme t: , gde je n – broj oscilacija talasnog izvora za vreme t, a  - talasna dužina nastalog talasnog kretanja. Brzina prostiranja deformacije tj. talasa: T – period oscilovanja T=t/n; f – frekvencija oscilovanja.

6 MATEMATIČKO PREDSTAVLJANJE TALASNOG
KRETANJA Posmatramo nastajanje i prenošenje talasne deformacije u fluidu. Izvor deformacija – pomeranje klipa – harmonijsko u početnoj tački pomeranje molekula fluida je u fazi sa pomeranjem klipa. Pomeranje molekula fluida na rastojanju x kasni za t1: gde je k talasni broj:

7 ZVUK I ZVUČNO POLJE Zvučni izvor – mehaničko oscilovanje nekog predmata; Elastična lopta pod dejstvom poremećajne sile F skuplja se i širi oko sebe stvara promenjivo fizičko stanje → oscilovanje molekula elastične sredine→koje se usled elastičnih sila prenosi na susedne molekule→ nastaje talasno kretanje u kome učestvuju svi molekuli sredine.

8 Zvuk (buka) se prenosi brzinom c – brzina zvuka koja zavisi od karakteristika sredina;
Oscilovanje molekula dovodi do promene gustine  i pritiska p elastične sredine - eksperimentalno: gde je K – je modul kompresije ili zapreminski modul elastičnosti. Brzina oscilovanja molekula elastične sredine: Akustička impedansa sredine – definiše reakciju sredine na pojavu talasnog fronta:

9 Ako se talas prostire u sredini sa gubicima ( – konstanta prigušenja, meri se u dB/m):

10 BRZINA, ENERGIJA, SNAGA I INTENZITET
ZVUKA Brzina zvuka može se dobiti iz Njutnove jednačine i jednačine koja opisuje adijabatske promene: ili gde je pri konstantnoj t p i ρ su konstantni pa uvodeći modul kompresije : - brzina zvuka u vazduhu , gde je c0=331m/s za p=1atm, ρ=1,29 kg/m3 i =1,4 na t=0⁰c,

11 Energija zvučnih talasa ili akustična energija nastaje pretvaranjem mehaničke enegije zvučnog izvora u akustičnu energiju: Jedan deo mehaničke energije zvičnog izvora transformiše se u akustičku energiju koja se troši na pokretanje čestica elestične sredine zapremine V: U jed. zapremine akustička energija: Pri čemu je u jed. zapremine (V=1, S=1): ρ=m, kako je kinetička i potencijalna energija su međusobno jednake i naizmenično se pretvaraju jedna u drugu akustična energija u jedinici zapremine E: Ukupna energija u zapremini V:

12 Zvučna, akustična snaga je količina akustične energije Wa koja u jedinici vremena prođe kroz neku površinu S; Intenzitet zvuka je količina akustične energije Wa koja u jedinici vremena prođe kroz jedinicu površine;

13 FREKVENCIJSKI SPEKTAR BUKE I VIBRACIJA
Do sada smo se upoznali sa fizičkim veličinama povezanim sa mehaničkim talasnim kretanjem: poremećajna sila, pomeranje, brzina i ubrzanje vibracija, gustina, pritisak... Frekvencijski spektar nastalog talasnog kretanja kao i gore navede veličine zavise od frekvencijskog spektar poremećajne sile, odnosno, sve fizičke veličine koje karaketerišu mehaničke oscilacije (buka i vibracije) imaće isti frekevencijski spektar kao poremećajna sila, a razlikuju se samo u amplitudama i fazama. Poznavanje frekvencijskog spektra buke i vibracija omogućava pravilno normiranje i određivanje stepena štetnosti ovih fizičkih pojava a samim tim i preduzimanje odgovarajući mera zaštite od istih; U odnosu na frekvencijski spektar poremećajna sila je : -prosto - periodična ili harmonijska, -složena periodična, -složena neperiodična, -impulsna;

14 Harmonijsko kretanje – najjednostavniji oblik kretanja tela oko ravnotežnog položaja:
Složeno periodično kretanje – nastaje pod dejstvom neharmonijske poremećajne sile koje se Furijeovom analizom može razviti u red harmonijskih funkcija: -amplitude prvog, drugog, trećeg itd. harmonika

15 Složeno neperiodično kretanje – nastaje pod dejstvom složene neperiodične sile i pomeranje je složena neperiodična funkcija: Udarna, impulsna kretanja – su kratkotrajna kao npr. eksplozije; Udarni impuls tj. poremećajna sila može biti različitog oblika: pravougaoni, testerasti, polusinusni; Za karakterizaciju impulsnih kretanja koristi se Furijeova analiza;

16 JEDINICE ZA MERENJE NIVOA ZVUKA I
VIBRACIJA Veličine koje se koriste za kvalitativnu i kvantitativnu analizu zvučnog polja: -energija - W [J=Ws] -snaga - P [W] -intenzitet - I [W/m2] -pritisak - p [N/m2] -brzina oscilovanja - v [m/s] itd. Ove veličine su nepodesne za praktičnu primenu zbog čega je uveden pojam nivo zvuka koji se meri u decibelima [dB]

17 kako je Bel velika jedinica uveden je: Kako je: i
Analiza zvučnog polja i akustičkih veličina svodi se na upoređivanje dve istoimene veličine: ili Za zvučne izvore kojima je čovek okružen brojevi N1, N2, N3 mogu da budu vrlo veliki zato se upoređivanje dve istorodne veličine vrši preko logaritma njihovog količnika: kako je Bel velika jedinica uveden je: Kako je: i - referentne vrednosti energije, snage i intenziteta zvuka

18 Za zvučni pritisak i brzinu oscilovanja:
n – predstavlja relativni nivo odgovarajuće fizičke veličine. Ako se za upoređivanje koriste poznate, referentne vrednosti: Na osnovu ove jednačine iskonstruisani su i izbaždareni instrumeni za merenje niva zvuka –sonometri. Nivo L - intenziteta, pritiska, pomeranja, brzine, ubrzanja.

19

20

21 SLOŽENI NIVOI Logaritamsko sabiranje nivoa Nivo zvuka koji potiče od dva ili više zvučnih izvora određuje se sabiranjem njihovih energija, snaga, intenziteta...

22 Sabiranje nivoa složenog zvuka

23 Za dva zvučna izvora: nivo zvuka od n istih izvora

24

25 Primer sabiranja nivoa:
L1=56dB; L2=52dB L1-L2=56-52=4dB; L+=1,4dB LR=56+1,4=57,4dB

26 Logaritamsko oduzimanje nivoa
Ako je poznat ukupni nivo zvuka LR i nivo L1 onda se nivo L2 može izračunati kao:

27 Primer oduzimanja nivoa:
LR=59dB; L1=52dB; LR-L1=59-52=7dB L-=1dB L2=59-1=58dB

28 RAD I MEHANIZAM ORGANA SLUHA
Da bi se jasno sagledali svi faktori koji deluju na oštećenje slušnog organa i vršio pravilan izbor metoda i konstrukcije ličnih sredstava u cilju zaštite od istih, potrebno je upoznati se sa anatomskim sastavom i slušnim mehanizmom uha. Uvo – vrši transmisiju, regulaciju, korekciju akustičkih nadražaja i zvučne vibracije pretvara u električne impulse koji se preko slušnog nerva registruju u centru za sluh; Po funkcionalnosti uvo se deli na dva dela: - periferni deo: spoljašnje, srednje i unutrašnje uvo; - perceptivni deo: Kortijev organ - smešten  u takozvanom pužu (kohleji), slušni nerv;

29 Spoljašnje uvo: Spoljašnji deo uva (školjka) i ušnog kanala koji sakupljaju zvuke i prosleđuju ih u unutrašnjost. Srednje uvo: Bubna opna (membrana timpani) i tri male koščice (maleus, inkus, stapes) transformišu dolazeće zvuke u vibracije. Unutrašnje uvo: Tečnošću ispunjeno unutrašnje uvo (puž) sadrži ćelije dlačice (senzorne slušne ćelije) visoke osetljivosti koje se pokreću, što je odgovor na vibracije. Slušni nerv prenosi zvučnu informaciju od ćelija dlačica do slušnog centra u mozgu. Unutrašnje uvo takođe sadrži sistem koji kontroliše naš osećaj ravnoteže. 1. Slušni kanal 2. Bubna opna 3. Maleus (čekić) 4. Inkus (nakovanj) 5. Stapes (uzengija) 6. Ploča stapesa i ovalni prozor 7. Eustahijeva tuba 8. Kohlea (puž) 9. Slušni nerv

30 Pod dejstvom zvučnih talasa i vibracija, dospelim do ovalnog prozorčeta →vibrira tečnost (endolimfa) u unutrašnjem uhu→kroz kanal puža→pobuđuje bazalnu (bazilarnu) membranu→ čija vlakna osciluju istom frekvencom kao dolazeći zvuk. Oscilovanje vlakana bazilarne membrane → pobudjuje ćelije Kortijevog organa (njega  sačinjavaju potporne i senzoneuralne trepljaste  ćelije kojih ima  oko ) a koje pretvaraju vibracije zvučnih talasa u električne impulse. 1. Slušni kanal 2. Bubna opna 3. Maleus (čekić) 4. Inkus (nakovanj) 5. Stapes (uzengija) 6. Ploča stapesa i ovalni prozor 7. Eustahijeva tuba 8. Kohlea (puž) 9. Slušni nerv

31

32

33

34

35

36

37

38 Uzroci nastajanja zvučne traume
Zvučni talasi svojim vibracijama pobuđuju vlakna bazalne membrane koja ima ulogu merača frekvence. Kraća vlakna osciluju višim frekvencama, a duža nižim. Zbog čega se u zavisnosti od frekvencije pobuđuju delovi bazalne membrane bliže ili dalje od ovalnog prozorčeta; Zvuk niže frekvencije se prenosi skoro po celoj dužini membrane; Zvuk srednjih frekvencija dovodi do pojave električnog potencijala na sredini membrane; Zvuk viših frekvencija pobuđuje slušne ćelije koje su najbliže ovalnom prozorčetu; Zvuci viših frekvencije mogu izazvati veća oštećenja organa sluha; Normativna kriva dozvoljnenog nivoa buke pri visim frekvencama je niža →zahtevi su mnogo strožiji.

39 Profesionalna oštećenja organa čula sluha
Izloženost nivou buke koji prelazi dozvoljene granice izaziva sledeće reakcije: glavobolja, naprezanje, nelagodnost u ušima, bol, intelektualna i fizička klonulost... →privremeni gubitak sluha (smanjena slušna moć), čak do 14%. Nakon prestanka izloženosti →osećaj da su uši zatvorene, zujanje, “lažni” tonovi –posledica unutrašnje deformacije slušnog organa. Posle izvesnog vremena: nestaju navedeni simptomi smanjene slušne moći; Promena slušne osetljivosti koja iščezava za vreme odmora– slušni zamor. Slabljenje slušne osetljivosti pojavljuje se najviše izmedju Hz. Kontuinirano izlaganje nivou buke koji prelazi dozvoljene granice (nekoliko godina) dovodi do trajnog oštećenja sluha.

40 3 stadijuma oštećenja sluha:
I stadijum – gubital sluha u intervalu ( )Hz; Maksimum na 4096Hz iznosi 40dB - ne predstavlja nedostatak. II stadijum – u intervalu ( )Hz; Maksimum na 4096Hz iznosi 70dB; slabije se čuju govorne frekvencije, viši i ženski tonovi - razumljivost govora slabi jer se oštećenje javlja od Hz; III stadijum – Maksimum na 4096Hz iznosi 100dB; jedva se čuju govorne frekvencije; Stepen oštećenja uva zavisi od osobe (karakteristika njenog slušnog aparata) koja je izložena zvučnim talasima; Pojava profesionalne gluvoće je složena, zavisi od intenziteta buke i progresivno raste sa vremenom provedenim u bučnoj sredini.

41 OSEĆAJ JAČINE ZVUKA Zvučni talasi deluju na čoveka preko organa sluha koji ih prenosi i transformiše u slušne osećaje na koje čovek različito reaguje. Decibel izražava nivo fizičkih veličina zvuka – pritisak, intenzitet... Ove veličine slušni aparat prima i reprodukuje u zavisnosnosti od osetljivosti i frekvence u jače ili slabije slušne nadražaje slušni nadražaj zavisi od frekvencije zvučnih talasa; Zbog čega se uvode se subjektivne veličine i jedinice za opisivanje zvuka;

42 Područje čujnosti: 16 - 20 000 Hz;
PRAG ČUJNOSTI NA 1000 Hz :

43 Dijagrami – srednja vrednost izmerenih rezultata dobijenih na velikom broju ispitanika.

44 Subjektivne jedinice za merenje jačine zvuka:
Eksperimentalno je dokazano da osetljivost uva raste kao logaritam nadražaja tj. ako inetenzitet raste eksponencijalno → subjektivni osećaj raste linearno. Intenzitet kao fizička veličina → jačini kao subjektivnoj veličini. Nivo jačine zvuka – subjektivna jedinica – fon – proporcionalna zvučnom nadražaju a, ne stvarnom intenzitetu zvuka. son – subjektivna jedinica za glasnost: definiše koliko puta je neki zvuk glasniji od drugog. Veza između fona i sona:

45

46

47 PSIHO-FIZIOLOŠKO DEJSTVO I TUMAČENjE
BUKE Psihološki uticaj buke se procenjuje na osnovu reagovanja ljudi – nervni sistem i psihičko stanje čoveka. Da li je zvuk prijatan ili neprijatan zavisi od osobe – isti šum različiti ljudi različito osećaju neki kao buku, a neki kao prijatne šumove, što zavisi i od ambijenta u kome se ljudi nalaze. Fiziološko dejstvo buke se ogleda u štetnom dejstvu na nervni sistem, srce i krvne sudove, organe za varenje (remeti se rad endokrinih žlezdi, porast krvnog pritiska, poremećaj disanja, vrtoglavice, gubljenje apetita...)

48 I psihološko i fiziološko dejstvo buke je individualno.
Ukoliko buka utiče na vegetativni sistem ne može doći ni do kakvog privikavanja organizma na buku. Stalno izlaganje buci →smanjuje se psihičko dejstvo (indiferentnost na buku) →povećava se iscrpljenost nervnog sistema→ može smanjiti radnu sposobnost radnika što je od velikog značaja kod poslova koji zahtevaju visoku koncentraciju; Privikavanje na odredjene zvuke ( industrijske mašine) može biti praćeno oštećenjem slušnog organa u smislu povećanja praga čujnosti. Otklanjanje buke značajno povećava radnu sposobnost, a smanjuje broj oboljenja i povreda.

49 EKVIVALENTNI NIVO BUKE
U praksi se pojavljuje promenljiva buka u toku radnog vremena (ili nekog definisanog vremena) za koju je neopheodno izvršiti normiranje dozvoljenog nivoa. Štetno dejstvo ovakve buke određuje se normiranjem njene srednje vrednosti: Konstantna buka – ako promena nivoa nije veća od 5dB; Ako je promena nivoa veća od 5dB onda se određuje ekvivalentni nivo buke – to je konstantni nivo zvuka koji u određenom vremenskom intervalu ima isti intenzitet kao i promenljivi zvučni nivo;