Воздействие шума на ученика средней школы в "Жулебино"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы "Школа № 1359 имени авиаконструктора М.Л. Миля"

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Воздействие шума на ученика средней школы в «Жулебино»

Авторы: Ругайн Ксения Сергеевна

ученица 10 «Б» класса,

Поличенков Михаил Алексеевич

ученик 9 «А» класса



Краткая аннотация

В повседневной жизни, особенно в больших оживленных городах, люди ежедневно подвергаются воздействию различной степени шума. Шум - звук, в котором изменение акустического давления, воспринимаемое ухом, беспорядочно, и повторяется через разные промежутки времени. В последнее время шум воспринимается как комплексное физическое явление (не только звуковой шум), однако в данной работе основное внимание будет уделено именно звуковому воздействию на здоровье ученика.

Актуальность проблемы превышенного звукового давления заключается в воздействии на здоровье человека. В основном, источниками шума являются люди (искусственный шум), а природный шум встречается реже (гром, извержение вулкана, сильный ветер). Основные виды влияния шума на человека - это рассеянность и раздражительность. Шумовое загрязнение может вызвать нарушение работы слухового аппарата, а также многие другие болезни.

В течение дня шумовое воздействие на человека изменяется, а следовательно, изменяется и негативное воздействие шума на здоровье. Целью настоящего проекта является изучение воздействие шума на среднестатистического подростка, ученика школы в районе «Жулебино» в течение дня, определение наиболее опасных с точки зрения шумового воздействия мест и разработка рекомендаций, направленных на снижение вредного воздействия шума на подростка в течение дня.

Данная работа выполнена Ксенией Ругайн, ученицей 10 «Б» класса ГБОУ СОШ № 1359 ШО 4; Поличенковым Михаилом, учеником 9 «А» класса ГБОУ СОШ № 1359 ШО 4 в период с 01 сентября по 01 ноября 2018 года.

Ключевые слова: шум, звук, звуковые волны, шумовое загрязнение, здоровье подростка, измерения уровня шума, шумовое загрязнение в школе.

Координатор: Ковтунец Лариса Николаевна, преподаватель физики ГБОУ СОШ № 1359 ШО 4;

Пауткина Анна Владимировна, доцент кафедры физики РУТ МИИТ, кандидат физико-математических наук.

звуковой давление шум



Содержание

1. История вопроса. Звук и звуковые волны

1.1. Природа и свойства звука

1.2. Измерение силы звука

1.3. Санитарные нормы

1.4. Органы слуха человека

1.5 Восприятие звука человеком

1.6. Влияние шума на здоровье человека

2. Экспериментальное исследование

3. Измерение звукового давления

3.1. Прибор для измерения уровня шума

3.2. Результаты замеров

Выводы исследования и рекомендации

Литература



Шумовое (акустическое) загрязнение (англ. Noise pollution, нем. Lдrm) -- раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека (Wikipedia).

1. История вопроса. Звук и звуковые волны

В настоящем разделе мы представим результаты изучения материалов по теме «Звук» и «Шум».

1.1 Природа и свойства звука

Звуковые волны - пример колебательного процесса. Звук (звуковая волна) - это упругая продольная волна, воспринимаемая органами слуха человека и животных. Упругая волна называется продольной, если смещение каждой частицы среды происходит вдоль од-ной линии с направлением распространения волны. Звук представляет собой распространение колебаний плотности (или давления) упругой среды, возникающих при взаимодействии частиц среды друг с другом. Возникновение и распространение классической звуковой волны возможно в трёх упругих средах: газообразных, жидких и твёрдых. То есть, например: в земной атмосфере, воде и в самой земле. В вакууме звука нет, так как там нет расположенных рядом частиц, через которые передаются колебания. И сколько ты не кричи в космосе, тебя никто не услышит. Даже взрыв в космосе бесшумен для удалённого зрителя. В космосе будет лишь тишина, даже если рядом взорвалась Сверхновая (конечно, пока поток частиц не долетит до наблюдателя).

Во время грозы можно наблюдать следующий эффект: сверкнула молния, а гром от неё доносится лишь через несколько секунд. Это обусловлено тем, что скорость света многократно выше скорости звука в земной атмосфере. Можно даже просчитать, на каком расстоянии от вас ударила молния, которая обычно сопровождается громом. Скорость звука в земной атмосфере - 343,3 м/с. То есть если между вспышкой и звуком прошло 3 секунды, то можно предположить, что молния ударила примерно в километре от наблюдателя.

Аналогичный эффект может наблюдаться при артиллерийском огне: наблюдатель в нескольких километрах перед орудием может сначала видеть вспышку выстрела, через некоторое время слышит свист пролетевшего снаряда и ещё несколько секунд после этого -- звук взрыва.

Звуковые волны имеют колебательную природу, и они вызываются и производятся вибрацией любых тел, в том числе голосовых связок человека, двигателя машины и т.д. При возникновении звуковой волны в плотной среде возникают изменения в ней. Например, изменение плотности или давления воздуха, перемещение воздушных или водных частиц. Представим удар машины, забивающей сваи при строительстве. При резком смещении частиц упругой среды в одном месте, в этом месте увеличивается давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы. Они, в свою очередь, воздействуют на следующие частицы. И область повышенного давления перемещается в упругой среде. А за областью повышенного давления следует область пониженного давления. Таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разрежения, которые распространяются в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

Так как звуковая волна имеет колебательную природу, то у неё имеется такая характеристика, как частота. Частота измеряется в герцах и обозначает количество колебаний за период времени, равный одной секунде. Чем больше звуковых колебаний совершается за секунду, тем выше кажется звучание.

У звуковой волны также имеется ещё одна важнейшая характеристика - это длина волны. Длиной волны принято считать расстояние, которое проходит звук определённой частоты за период, равный одной секунде. Для примера, длина волны самого низкого звука в слышимом для человека диапазоне частотой 20 Гц составляет 16,5 метров, а длина волны самого высокого звука 20 000 Гц составляет 1,7 сантиметра.

Громкость звука -- это субъективное понятие, так как оно определяется восприятием силы звука человеком. Человеческое ухо способно воспринимать звуки достаточно широкого диапазона чувствительности, при этом восприимчивость частот неоднородна в пределах звукового спектра. Так, наилучшим образом воспринимается диапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, который наиболее широко охватывает человеческую речь. Спектр восприятия звука человеком показан на рисунке ниже.

Одними из объективных характеристик звука, помимо громкости звука, являются тон и тембр.

Высота тона -- качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.

Тембр - это окраска звука. Тембром звука называется такое качество звука, которое, вне зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого.

Рис. 1. Спектр восприятия звука человеком.



1.2 Измерение силы звука

Общепринятая единица измерения силы звука - бел (Б). Уровень звука чаще всего измеряют в децибелах (дБ). Децибел-- дольная единица бела, равная одной десятой этой единицы. В принципе, децибелы были изобретены и используются не только для определения силы звука. Эту величину придумали в телефонной компании Белл, чтобы использовать её для количественной оценки потери (ослабления) сигнала в телеграфных и телефонных линиях. Однако «прижилась» эта величина именно в измерениях силы (интенсивности) звука. Децибел стал общепринятой единицей измерения в отношении интенсивности звука, хотя эта единица и не входит в Международную систему единиц (СИ).

Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения.

Отношение двух значений энергетической величины, такой как мощность, энергия, плотность энергии и т. п., выраженное в децибелах, определяется по формуле:

дБ = 10lg P1/P0,

где P1/P0 - отношение значений двух мощностей: измеряемой Р1 и так называемой опорной Р0, то есть базовой, взятой за нулевой уровень.

Звуковое давление -- силовая величина. Переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. И здесь, помимо децибела, в наши измерения вмешивается другой измеритель-- паскаль (Па). А это общепринятая единица измерения давления (механического напряжения). При этом интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления -- энергетическая величина. Например, если громкость звука (субъективно определяемая его интенсивностью) возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление -- приблизительно в 3,16 раза.

Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера -- Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком (20 мкПа) до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ.

Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком. На слух человек может обнаружить разницу в уровне громкости приблизительно в 1 дБ.

1.3 Санитарные нормы

В России действуют санитарные нормы допустимого уровня шума, где для различных территорий и условий нахождения человека даны предельные значения уровня шума:

· в школьных классах - 40-45 дБ;

· больницы - 35-40 дБ;

· в промышленности - 65-70 дБ.

В ночное время (23:00-7:00) уровни шума должны быть на 10 дБ меньше.



1.4 Органы слуха человека

У человека органом слуха является ухо, которое воспринимает звуковые импульсы, а также отвечает за положение тела в пространстве и способность удерживать равновесие. Это парный орган, который размещается в височных костях черепа, ограничиваясь снаружи ушными раковинами. Он представлен тремя отделами: наружным, средним и внутренним ухом, каждый из которых выполняет свои конкретные функции.

1.5 Восприятие звука человеком

Человеческое ухо устроено таким образом, что способно воспринимать волны только в ограниченном диапазоне, примерно 20 Гц - 20 000 Гц. С возрастом человек теряет способность улавливать определенную частоту. Например, люди старше 50-ти лет не воспринимают частоту звука больше 12 000 Гц.

Люди данного возраста улавливают частоту:

младше 50-ти лет - 12 000 Гц

младше 40 лет - 15 000 Гц

младше 30-ти лет - 16 000 Гц

младше 24 лет - 17 000 - 18 000 Гц

младше 20-ти лет - 19 000 Гц

Результаты зависят от сенсорных рецепторов в ухе, называемых волосковые клетки, которые со временем повреждаются и дегенерируют. Такой тип потери слуха называется нейросенсорная тугоухость. Это нарушение могут вызывать целый ряд инфекций и аутоиммунные заболевания. Внешние волосковые клетки, которые настроены на улавливание более высоких частот, обычно погибают первыми, и потому происходит эффект потери слуха, связанный с возрастом.

1.6 Влияние шума на здоровье человека

Шум относится к тем факторам, к которым нельзя привыкнуть. Человеку лишь кажется, что он привык к шуму, но акустическое загрязнение, действуя постоянно, разрушает здоровье человека. Шум вызывает резонанс внутренних органов, постепенно изнашивая их незаметно для нас. Существует зависимость между заболеваемостью и длительностью проживания в условиях акустического загрязнения. Рост болезней наблюдается среди людей, проживавших в течение 8-10 лет при воздействии шума с интенсивностью выше 70 дБ.

Регулярное и длительное воздействие производственного шума в 85-90 дБ приводит к появлению тугоухости (постепенной потере слуха). Если сила звука выше 80 дБ, появляется опасность потери чувствительности находящихся в среднем ухе ворсинок - отростков слуховых нервов.

Может показаться, что негативное воздействие шума единично и в целом не может повлиять на организм человека. Действительно, хлопок петард, шум проезжающей машины или мотоцикла со сломанным глушителем, удары машин, которые забивают сваи на стройке - это не постоянные шумовые загрязнители. Однако шум обладает аккумулятивным эффектом, т.е. акустические раздражения, накапливаясь в организме, все сильнее угнетают нервную систему. Помимо проблем со слухом, от воздействия шумов возникает функциональное расстройство центральной нервной системы. Особенно вредное влияние шум оказывает на нервно-психическую деятельность организма. Процесс нервно-психических заболеваний выше среди лиц, работающих в шумных условиях, нежели у лиц, работающих в нормальных звуковых условиях. Поражаются все виды интеллектуальной деятельности: ухудшается настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности - чувство слабости, как после сильного нервного потрясения. Шум также влияет на способность к интеллектуальной и учебной деятельности. Ухудшение слуха из-за шума относится к неизлечимым заболеваниям. Восстановить поврежденный нерв хирургическим путем практически невозможно.

Для понимания степени вреда, который наносит шум здоровью человека, достаточно вспомнить о том, что на протяжении многих веков звук применялся в качестве пытки или сильного психологического воздействия на пленников или противников. При Иване Грозном в России людей сажали под большой колокол и начинали в него звонить. В Древнем Китае практиковалась пытка звуками, которые вызывали диссонанс в работе внутренних органов человека и в итоге приводили к мучительной смерти. Пытка звуком была известна даже в Древнем Египте, где для этого использовались специальные «музыкальные» инструменты. Человеку, подвергавшемуся таким пыткам, было бесполезно закрывать уши руками, так как для проникновения звука такой силы и частоты во внутреннее ухо практически не может быть препятствий.

Существует множество вредных для человека звуков. От этих звуков стоит ограничиться, или сократить их влияние на организм до минимума. Например, современная громкая музыка. Длительное воздействие низких частот вызывает изменение функционирования желез, ответственных за гормональный фон, изменяется уровень инсулина в крови, а также снижается или исчезает полностью способность к самоконтролю. Еще одним источником «вредного» звука являются наушники. Дешевые модели, которые чаще всего идут в комплекте с мобильным телефоном, не обладают хорошей звукоизоляцией, поэтому молодые люди, находясь в шумных общественных местах, например в метро, увеличивают громкость наушников. Вред от таких действий, приводящих к превышению допустимых норм в 90 децибел, наносится стабильно, изо дня в день, что вызывает вначале временную тугоухость, а затем и более серьезные поражения. Чтобы избежать проблем со здоровьем, человеку нужно следить за громкостью в наушниках, ведь она должна быть такой, чтобы можно было слышать окружающие звуки и понимать речь человека, находящегося рядом.

Однако существуют также звуки, благоприятствующие здоровью человека. В первую очередь, это звуки природы: журчание ручья, пение птиц, звуки волн и дождя, песни дельфинов. Эти звуки позволяют отвлечься от городской суеты и сосредоточиться на живой природе. В результате снимается стресс, появляется состояние покоя и релаксации, снижается артериальное давление, улучшается самочувствие в целом, улучшается настроение. Звуки природы можно легко найти в Интернете.

Классическая музыка пишется на высоких частотах, которые благоприятно воздействуют на сознание и организм человека.

Звукотерапия - прослушивание игры на определенных музыкальных инструментах, помогает устранить многие психологические проблемы и вылечить определенные органы.



2. Экспериментальное исследование

Задача нашего исследования - методом прямого измерения изучить и зафиксировать уровень шумового загрязнения в школе в разные периоды времени. Для этого мы выберем 3 объекта в три разных периода времени. Это:

А) Уровень шума в школе во время уроков;

Б) Уровень шума в школе после рабочего дня или во время перемен;

В) Уровень шума вокруг школы;

Нашей целью является получение данных о шумовом загрязнении в школе. Данная работа носит оценочно-вероятностный характер. Тем не менее, мы считаем полученные результаты достаточными для выводов, содержащихся в итоговой части данной работы.



3. Измерение звукового давления

3.1 Прибор для измерения уровня шума

Для измерения шумовых характеристик применяются шумомеры -- компактные приборы с цифровым табло, где отображаются показания уровня шума в том или ином помещении.

Замер звукового давления при помощи шумомера происходит следующим образом. Приборы оснащены широкополосным микрофоном, усилителем, корректирующими фильтрами, детекторами и цифровым индикатором. Микрофон шумомера подключен к вольтметру, который отградуирован в децибелах. Звуковой сигнал, фиксируемый микрофоном, преобразуется в электрический сигнал. Поэтому уровень звукового давления, которое воздействует на мембрану микрофона, вызывает увеличение напряжения электрического тока на входе в вольтметр. Соответственно, уровень напряжения отображается на индикаторе (в децибелах).

Для произведения замеров уровня шума мы использовали шумомер Conrad, бренда VOLTCRAFT (Германия), Nr. 127700, диапазоном от 35 до 130 дБ.

Мы произвели замеры уровня шума в назначенных для эксперимента местах и в назначенное время, и ниже приведены их результаты.

3.2 Результаты замеров

Первые замеры мы произвели по время перемены после 3-го урока. Максимальные значения выделены жирным шрифтом:

п/п	Место замера	Время замера	Результат (дБ)
1	4-ый этаж левое крыло	11:24	50-54
2	4-ый этаж середина	11:24	56-58
3	4-ый этаж правое крыло	11:25	67-70
4	3-ий этаж левое крыло	11:26	65-68
5	3-ий этаж середина	11:26	54-57
6	3-ий этаж правое крыло	11:27	56-58
7	2-ой этаж левое крыло	11:28	68-69
8	2-ой этаж середина	11:28	48-50
9	2-ой этаж правое крыло	11:30	46-49
10	1-ый этаж левое крыло	11:32	50-54
11	1-ый этаж середина	11:33	69-73
12	1-ый этаж правое крыло	11:35	57-59

Показатели в большинстве случаев превысили допустимый уровень шумового загрязнения в школьных классах (40-55 дБ). Однако замеры производились в школьных коридорах во время перемены, где уровень шумового загрязнения, несомненно, выше, чем во время занятий в классах.

Следующие замеры мы произвели во время восьмого урока, когда у многих учеников начальных классов учебный день уже был закончен:

п/п	Место замера	Время замера	Результат (дБ)
1	4-ый этаж левое крыло	14:40	48-49
2	4-ый этаж середина	14:41	53-58
3	4-ый этаж правое крыло	14:41	33-37
4	3-ий этаж левое крыло	14:42	45-46
5	3-ий этаж середина	14:42	31-33
6	3-ий этаж правое крыло	14:42	32-34
7	2-ой этаж левое крыло	14:43	36-38
8	2-ой этаж середина	14:44	39-42
9	2-ой этаж правое крыло	14:44	45-50
10	1-ый этаж левое крыло	14:46	52-54
11	1-ый этаж середина	14:46	52-56
12	1-ый этаж правое крыло	14:47	43-46

Как видим, во время урока уровень шума в школе соответствует или ненамного (на 5-10 дБ) превышает предельно допустимый санитарными нормами для школьных классов (40-45 дБ).

Следующие замеры мы произвели на территориях, непосредственно прилегающих к зданию школы. Санитарные нормы для этих мест определены в 55 - 70 дБ:

п/п	Место замера	Время замера	Результат (дБ)
1	Вход в здание	15:20	50-52
2	Калитка - вход на территорию школы	15:23	46-48
3	Придворная территория у парковки	15:25	41-42
4	Площадка на территории школы (рядом с дорогой)	15:27	55-58

Также мы провели специальный замер школьного звонка, находясь при этом вне кабинета, близко к источнику звука.

п/п	Место замера	Время замера	Результат (дБ)
1	3-ий этаж	15:15	88-90

Шумовое загрязнение, созданное звонком, превышает нормы в 2 раза. Такой шум может вызвать головные боли и повысить давление.

Выводы исследования и рекомендации

Основной вывод:

Во время рабочего дня (после 3 -его урока) уровень шума, в основном, превышает допустимые значения, в то время как после уроков и на территории, прилежащей к школе, этот уровень соответствует санитарным нормам. Школьный звонок создает шум, превышающий нормы на 45 дБ.

4.1. Шум (шумовое загрязнение) в современном городе и в школьном учреждении является одним из наиболее часто возникающих видов отрицательного физического воздействия на человека.

4.2. Негативное воздействие на человека имеет накопительный (аккумулятивный) эффект. Иными словами, чем дольше человек находится под воздействием шумового загрязнения, превышающего пороговые значения, тем сильнее вред для его здоровья.

4.3. Шум имеет негативное влияние на умственную деятельность человека. В частности, на учебную деятельность, на восприятие информации, её обработку и анализ, способность сосредоточиться. Именно поэтому важно соблюдение тишины во время занятий.

4.4. Уровень шумового загрязнения на прилегающих к школе № 1359 (ШО 4) территориях не превышает допустимые уровни.

4.5. Уровень шумового воздействия во время учебных занятий в школе № 1359, ШО 4 в целом соответствует установленным нормативам и не превышает допустимые нормы.

4.6. На переменах в коридорах школьного здания показатели уровня шума близки к предельно допустимым или превышают их. Таким образом, спокойная учебная деятельность учеников и работа преподавателей во время перемен в первой половине дня сильно осложнены высоким уровнем шума. Это нужно принимать во внимание при планировании учебной работы. Высокий уровень учебной загрузки в старших классах школы, прохождение вечерних дополнительных занятий и курсов, занятия спортом иногда не позволяют вовремя подготовить домашние задания по всем урокам следующего дня. Однако даже в таких случаях не стоит откладывать подготовку домашних заданий на время непосредственно перед уроком (на время перемены). По крайней мере, если урок приходится на первую половину учебного дня.

4.7. Пути решения проблемы:

1) Избегать шумных мест, проводить перемены в местах, где мало людей и звуковое давление соответствует санитарным нормам.

2) Необходимо проводить хотя бы 10 минут в день в тишине, что поможет быстро восстановиться от шумовых перегрузок.

3) Можно слушать звуки, приятные и полезные для психического и общего состояния организма, например - классическую музыку или звуки природы.

4) Учителя могут проводить тренинги с детьми, рассказывая им о проблемах шумового загрязнения и меры предотвращения проблем со здоровьем.



Литература

- Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.4.2.2821-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных организациях";

- Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. N 36);

- О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е Эвенчик, С.Я. Шамаш, Н.И. Шефер, С.И. Кабардина «Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. организаций, М. : Просвещение, 2017; с. 98;

- В.А. Девисилов, «Шум и вибрация», ОБЖ. Основы безопасности жизни. - 2005.- №8. - С. 58-63;

- Л.М.Путято, «Психология сенсорных процессов», Учебное пособие по курсу «Общая психология» для студентов специальности Г 07.01.00 - Психология, Гродно 2001, гл. 2 «Классическая психофизика», https://studfiles.net/preview/3799923/page:9/

- Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%83%D0%BC%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

Размещено на Allbest.ru

...