Вибрация и акустические колебания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вибрация и акустические колебания

Вибрация. Шум.

Вибрацией называются механические колебания упругих тел: частей аппаратов, инструмента, машин, оборудования, сооружений. Вибрация характеризуется следующими основными величинами:

· частотой колебаний /"(числом полных колебаний в с), Гц;

· амплитудой колебаний А (максимальным смещением колеблющейся точки относительно положения равновесия), мм;

· виброскоростью У (максимальной скоростью колебательного движения точки в конце полупериода колебания, когда смещение равно 0), см/с

V= 2nfA, см/с (если А в мм, V-- 0,63fA, см/с);

· ускорением колебательных движений, см/с 2

w = {2nf}2 А, см/с 2.

Вибрацию, как и звук, выражают в логарифмических единицах (дБ) и нормируют для определенных среднегеометрических значений частот в октавных полосах. Логарифмические уровни виброскорости Lv в дБ определяются по формуле

Lv = \qV/V0 дБ,

где V-- среднеквадратическое значение виброскорости, м/с;V0 = 5-10-8м/с - условный порог виброскорости.

Вибрация упругих тел с частотой ниже 20 Гц воспринимается организмом как сотрясение, а вибрация с частотой выше 20 Гц воспринимается одновременно и как сотрясение, и как звук (звуковые вибрации).

Вибрация вызывает в организме человека многочисленные реакции, которые являются причиной функциональных расстройств различных органов. Под воздействием вибрации происходят изменения в периферической и центральной нервной системах, сердечно- сосудистой системе, опорно-двигательном аппарате.

Вредное воздействие вибрации выражается в виде повышенного утомления, головной боли, болях в суставах костей и пальцах рук, повышенной раздражительности, нарушении координации движения. В отдельных случаях длительное воздействие интенсивных вибраций приводит к развитию "вибрационной болезни", ведущей к частичной или полной потере трудоспособности.

Вибрации, воздействующие на человека, классифицируются по:

· способу передачи на человека;

· источнику возникновения;

· направлению действия;

· характеру спектра;

· частотному составу;

· временным характеристикам.

"Местная (локальная) вибрация имеет место, когда колебания приложены к отдельным частям тела (например, к рукам при работе с ударным или вращательным, особенно пневматическим инструментом).

Общая, когда колебания передаются всему телу от работающих механизмов на рабочем месте через пол, сиденье или рабочую площадку механизма (вибрация рабочего места).

Вибрация воспринимается всеми тканями организма, но главным образом нервной и костной. Костная ткань является хорошим проводником и резонатором вибрации. В передаче вибрационных раздражений принимает участие также слуховой и вестибулярный (воспринимающий изменение положения тела в пространстве) аппараты.

При этом вибрация высоких частот может оказывать на слуховой аппарат действие, близкое к шуму.

Следует иметь в виду, что местная вибрация передается на части тела в месте соприкосновения с инструментом, однако она может передаваться и на другие части тела. Сильная, длительно действующая вибрация, передаваемая на руки, может вызвать виброболезнь, в результате которой у человека нарушается деятельность нервной системы, особенно центров, регулирующих кровообращение в кистях и пальцах рук. Возникают спазмы сосудов, появляется чувство онемения, неловкости в движениях, становится трудно держать инструмент. Эти симптомы обостряются на холоде и в период отдыха, когда уменьшается приток крови к рукам.

Ощущение вибрации проявляется при

w = 0,01 g (g = 9,81 м/с 2 - ускорение силы тяжести).

При w= 0,2--0,3g на транспорте возникает дорожная болезнь, а при w-- 0,4-0,5g-- морская болезнь, возникающая в штормовых условиях моря.

Шум.

Производственный шум представляет собой сочетание звуков различной интенсивности и частоты.

По происхождению шумы подразделяются на следующие виды.

Шум механического происхождения - шум, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей, сборочных единиц или конструкций в целом. вибрация шум колебание

Шум аэродинамического происхождения - шум, возникающий вследствие стационарных или нестационарных процессов в газах (истечение сжатого воздуха или газа из отверстий; пульсация давления при движении потоков воздуха или газа в трубах или при движении в воздухе тел с большими скоростями, горение жидкого и распыленного топлива в форсунках и др.).

Шум электромагнитного происхождения - шум, возникающий вследствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил (колебания статора и ротора электрических машин, сердечника трансформатора и др.).

Шум гидродинамического происхождения - шум, возникающий вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (гидравлические удары, турбулентность потока, кавитация и др.).

Воздушный шум - шум, распространяющийся в воздушной среде от источника возникновения до места наблюдения.

Структурный шум - шум, излучаемый поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий в звуковом диапазоне частот.

Звук как явление физическое представляет собой колебательное движение упругой среды. Физиологически он определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха и центральной нервной системой при воздействии на него звуковых волн. Шум или звук характеризуются различными параметрами.

В физическом отношении основными параметрами шума или звука являются:

· частота колебаний звуковой волны (f);

· интенсивность звука (J);

· звуковое давление (P).

Частота звука характеризуется числом колебаний звуковой волны в единицу времени (с) и измеряется в герцах (Гц). Органами слуха человека воспринимаются звуки с частотами от 20 до 20 ООО Гц, которые называются слышимыми звуками. Звуковые волны с f< 20 Гц называются инфразвуковыми, а волны с f > 20 ООО Гц - ультразвуковыми.

Разность давлений в возмущенной (звуком) и воздушной невозмущенной среде называется звуковым давлением. Единицы измерений звукового давления Па, Н/м 2.

Интенсивность звука - средний поток энергии звуковой волны проходящий в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению потока. Интенсивность звука измеряется в ваттах на м 2 (Вт/м 2).

Зависимость интенсивности звука J от звукового давления определяется по формуле:

, Вт/м 2

где Р-- звуковое давление, Н/м 2 ; р - плотность воздуха, кг/см 3; с - скорость звука, м/с; сс - волновое сопротивление среды.

Человек способен воспринимать звуки в большом диапазоне интенсивностей. Нижнему порогу слышимости при частоте 1000 Гц соответствует интенсивность 10-12 Вт/м 2 .

При интенсивности звука в 102 Вт/м 2 создается ощущение боли в ушах; этот уровень называется порогом болевого ощущения; он превышает порог слышимости в 10| 4раз. Поэтому пользоваться абсолютными значениями интенсивности звука и звукового давления крайне неудобно.

В акустике принято измерять не абсолютные величины интенсивности звука или звукового давления, а их относительные логарифмические уровни, взятые по отношению к пороговому значению:

J0 = 10-12 Вт/м 2 и P0= 2*10-5 Н/м 2.

Величина порогового звукового давления Я 0 выбрана таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях (Р= 760 мм рт. ст., Т= 20 °С) интенсивность звука была равна пороговому значению

, Вт/м 2.

Если интенсивность звука./больше исходной в 10 раз, т. е. J/J0 = 10, то принято считать, что интенсивность звука J превышает исходную на 1 Б (бел); при J/J0 = 100 - превышает на 2 Б и т. д., т. е. уровень интенсивности звука можно определять по формуле

, Б

Ультразвук и инфразвук.

Инфразвук - звуковые колебания и волны с частотами, лежащими ниже полосы слышимости частот - 20 Гц, которые не воспринимаются человеком. Низкая частота обусловливает ряд особенностей его распространения в окружающей среде. Вследствие большой длины волны инфразвуковые колебания меньше поглощаются и легче огибают препятствия, что объясняет их способность распространяться на значительные расстояния с небольшими потерями энергии.

Источниками инфразвука могут быть средства транспорта, компрессорные установки, мощные вентиляционные системы, системы кондиционирования и др. Часто инфразвук сопутствует шуму.

Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на работоспособность человека, вызывает изменения со стороны сердечно-сосудистой, дыхательной систем организма, отмечаются жалобы на раздражительность, рассеянность, головокружение. Под действием инфразвука возникает вибрация крупных предметов строительных конструкций, из-за резонансных эффектов в звуковом диапазоне имеет место усиление инфразвука в отдельных помещениях.

Ультразвук - это колебания в диапазоне частот от 20 кГц и выше, которые не воспринимаются человеческим ухом. Источниками ультразвука являются пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи, аэродинамические процессы. Он нередко сопутствует шуму при работе реактивных двигателей, газовых турбин и др.

Ультразвук передается человеку контактным или воздушным способом. Локальное воздействие на человека может приводить к поражению нервного и суставного аппарата, а общее воздейст к функциональным изменениям центральной нервной, сердечнососудистой систем и др.

Основными характеристиками ультразвука являются уровни звукового давления (дБ) и виброскорости (дБ).

Размещено на Allbest.ru