CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Ruch harmoniczny.

Jest to szczególny przypadek ruchu drgającego. Powstaje przez odrzutowanie na średnicę koła punktu poruszającego się ruchem jednostajnym po okręgu. Określa go szereg parametrów:

a) wychylenie:

X=A sin (ωt + φ₀), gdzie

A - amplituda (max wychylenie)

ω - prędkość kątowa

φ₀ - faza początkowa

b) prędkość:

c) przyspieszenie:

2. Parametry fizyczne wibracji.

Drgania, które przenoszone są na żywy organizm przez bezpośredni kontakt z układem drgającym, nazywane są wibracjami. Chodzi tu zwykle o częstotliwości z zakresu poniżej kilkunastu Hz. Wibracje opisują te same wielkości co ruch harmoniczny, jednak najważniejsze dla nas są amplituda i częstotliwość.

3. Zjawisko rezonansu mechanicznego.

Rezonansem mechanicznym nazywamy pobudzenie ciała do drgań wskutek przekazywania mu drgań o okresie drgań równym okresowi jego drgań własnych.

4. Mechanoreceptory.

Występują na skórze (ciałka Vatera-Paciniego) oraz w uchu wewnętrznym. Te drugie reagują np. na drgania akustyczne a także na przyśpieszenie i zmiany równowagi organizmu. Są to komórki mające na jednym z końców włosowate wyrostki ułożone w pęczek o jednej tylko płaszczyźnie symetrii. Odkształcenie wyrostków w określonym kierunku powoduje depolaryzację komórki w okolicy pęczka, która rozprzestrzenia się ku podstawie komórki i tam aktywuje kanały przepuszczające jony wapniowe. Wniknięcie Ca²⁺ do komórki powoduje wydzielenie nueroprzekaźnika do synapsy i generację potencjału czynnościowego w nerwie kontaktującym się z receptorem. Komórka receptorowa reaguje na odkształcenie leżące w płaszczyźnie symetrii pęczka wyrostków lub mające składową leżącą w tej samej płaszczyźnie; może więc wyróżniać kierunek działającego bodźca. Odkształcenie w jednym kierunku powoduje depolaryzację, a w drugim hiperpolaryzację komórki. Aktywacji ulegają kanały potasowe i przepływ tych jonów jest odpowiedzialny za pierwszy etap depolaryzacji.

5. Oddziaływanie wibracji na człowieka.

Działanie biologiczne wibracji zależy głównie od amplitudy i częstotliwości. Szczególnie charakterystyczny wpływ wywiera częstotliwość tych drgań, gdyż pewne jej wartości, zgodnie z częstotliwości drgań własnych niektórych narządów wewnętrznych wywołują rezonans. Rezonanse różnych organów zachodzą w różnych częstotliwościach dla klatki piersiowej jest to zakres 4-10Hz pęcherza moczowego 18Hz. Wywołane przez wibracje oscylacyjne rozciąganie i przemieszczanie tkanek, zwłaszcza przy częstotliwościach rezonansowych, może prowadzić do wielu subiektywnych i obiektywnych objawów. Występują np. bóle w klatce piersiowej (czasem o charakterze wieńcowym), zaburzenia oddechowe, parcie na mocz i stolec, zmiany naczyniowe i ciśnienia krwi (częstotliwości w zakresie 35- 250Hz mogą wywoływać skurcz naczyń krwionośnych). Poza tym stwierdza się różne zmiany hormonalne i biochemiczne.

6. Choroba wibracyjna. Palestezjometria.

Przy przewlekłym działaniu wibracji np. w pracy zawodowej może dojść do choroby wibracyjnej. Występować w niej mogą zaburzenia naczynioruchowe (cierpnięcie i blednięcie opuszek palców) oraz ze strony nerwów obwodowych i układu autonomicznego, przedsionka układu kostno stawowego trawiennego a także bóle o różnej lokalizacji. Ocen zaburzeń czucia wibracji dokonuje się za pomocą palestezjometrii. Palestezjometr służ do bezinwazyjnego badania progów czucia wibracji działających na palce człowieka. Dzięki zależnościom pomiędzy czuciem drgań w palcach a pewnymi jednostkami chorobowymi, istnieje możliwość wczesnego ich wykrycia.

7. Metody ochrony organizmu przed szkodliwym oddziaływaniem wibracji i hałasu.

Z wibracjami bardzo często spotykamy się w przemyśle i komunikacji. Występują one np. w pracy z drgającymi narzędziami, jak młotki i dłuta pneumatyczne, na traktorach, w śmigłowcach samolotach rakietach, samochodach. W zapobieganiu ważną rolę odgrywa tłumienie kontaktu miedzy przedmiotami drgającymi a ciałem ludzkim (np. podkładki z materiału tłumiącego).

Minimalny poziom hałasu od którego obserwuje się najlżejsze objawy wynosi 80dB - dla pasma częstotliwości 3-4 kHz. oraz 0dB dla pasma 5-6kHz. Na podstawie długoletnich badań i obserwacji ustalone zostały dopuszczalne poziomy hałasu. W problemie ochrony przed hałasem stosowany jest podział środowiska na strefy akustyczne według wartości dopuszczalnych poziomów hałasu. W miastach mogą występować następujące strefy: lotniska (80-140dB), strefa przemysłowa (80-100dB), arterie miejskie (70-90dB), strefy ochronne (tereny mieszkalne i rekreacyjno-wypoczynkowe 50-70dB), tereny wymagające ciszy (szpitale, uzdrowiska 30-50dB)

Stosowane środki ochrony przed hałasem można podzielić na techniczne i organizacyjne. Do pierwszej grupy należą środki techniczne stosowane u źródła hałasu (zmiany konstrukcyjne maszyn, wymiana części generujących hałas, użycie tłumików) dodatkowo ograniczenie rozprzestrzeniania się hałasu (instalowanie przegród i barier dźwiękochłonnych), stosowanie ochron usznych. Do grupy drugiej możemy zaliczyć takie środki ochrony jak skrócenie czasu ekspozycji na hałas, zwiększenie odległości miedzy źródłami hałasu a ludźmi, okresowe badania audiometryczne, szerzenie oświaty wśród pracowników narażonych na działanie hałasu w zakresie skutków biologicznych i zasad ochrony.

• 
  wolne zakończenia nerwowe w skórze i w tkankach głębszych. Sygnalizują one dotyk, a także i ból;

• ciałka dotykowe (ciałka czuciowe Meissnera) są zakończeniami grubych włókien nerwowych, otoczonych torebką, w których znajduje się delikatna siateczka włókienek nerwowych. Ciałka występują w dużej liczbie, głównie w opuszkach palców i na wargach. Wykrywają one dotyk szczególnie lekkich przedmiotów. Są one odpowiedzialne za dokładną lokalizację dwupunktową bodźca dotykowego i za rozpoznawanie kształtu przedmiotów;

• łąkotki dotykowe (tarczki Merckla) składają się z tarczek utkanych z siateczki łącznotkankowej. Odbierają one bodźce dotykowe, zwłaszcza szybko działające, o zmiennej sile działania. Występują głównie w opuszkach palców.

• receptory koszyczkowe mieszków włosowych stanowią zakończenia cienkich włókien mielinowych wokół mieszków włosowych. Wykrywają one bodźce dotykowe o słabej intensywności. Dzięki nim każdy włos jest receptorem dotyku;

• ciałka zmysłowe (narządy końcowe Ruffiniego) stanowią kłębki nie- osłoniętych włókien nerwowych znajdujących się w warstwie brodawkowej skóry i w tkance podskórnej. Służą do odbierania długotrwałego i silnego ucisku;

ciałka blaszkowate (ciałka Paciniego) składają się z zakończenia włókna nerwowego, na które, niczym warstwy cebuli, nakładają się komórki satelitowe. Sygnalizują nie tyle sam ucisk, ile raczej aktualnie zachodzące odkształcenie. Zmiana ucisku wywołuje chwilowe odkształcenie ciałka i tym samym zakończenia nerwowego. Znajdują się one w tkance podskórnej, krezce i w stawach.

WNIOSKI

Rzuca się w oczy, iż najlepiej wyczuwalne przez receptory na palcach są dźwięki o częstotliwościach w zakresie 160 - 400Hz. Poszczególne palce cechuje różna wrażliwość - palec II jest najczulszy. Wynika to z tego, że na opuszkach tego członka rozlokowanych jest najwięcej mechanoreceptorów - ciałek Meissnera i Paciniego. Z wykresu wynika także, że badanego cechuje wrażliwość na bodźce w granicach normy. Nie stwierdza się choroby wibracyjnej. Wynik badania można uznać za wiarygodny nawet w warunkach, jakie panują w laboratorium biofizycznym.

Składanie drgań prostopadłych:

Gdy ruchy są do siebie pod kątem prostym, czyli płaszczyzny ich drgań są prostopadłe, to powstały ruch jest złożeniem dwóch niezależnych drgań o równaniach:

x = A_xcos(w_x t + d )
y = A_ycos(w_y t + f )

Jeżeli ruchy w płaszczyznach OX i OY mają różne amplitudy, fazy i częstotliwości wtedy otrzymujemy ciekawe krzywe, zwane krzywymi Lissajous.

---