Temat 2

Drgania - charakterystyka, wpływ drgań na organizm człowieka oraz zapobieganie szkodliwemu działaniu drgań.

1. Charakterystyka

Drgania - procesy, w trakcie których wielkości fizyczne na przemian rosną i maleją w czasie.

Szczególnymi rodzajami drgań rozpatrywanymi w fizyce są:

1. drgania mechaniczne (ruch drgający): wahadło matematyczne, ciało na sprężynie, wahadło fizyczne, drgania cząsteczek sieci krystalicznych, drgania strun instrumentów muzycznych, drgania powietrza itp.

2. drgania elektryczne: okresowe zmiany natężenia prądu np. w układzie kondensatora i cewki itp.

3. drgania elektromechaniczne: np. drgania krystalicznych sieci jonowych, drgania plazmy w polu magnetycznym lub elektrycznym itp.

Bez względu na drgającą wielkość stosuje się podział ruchu drgającego ze względu na własności matematyczne funkcji opisującej drgania lub, co jest równoważne, na równania opisujące zachowanie się układu drgającego. Wyróżnia się:

1. drgania okresowe

2. drgania nieokresowe

Wśród drgań okresowych wyróżnia się często spotykany i najprostszy w opisie matematycznym ruch harmoniczny, a w drganiach nieokresowych drgania prawie okresowe.

W zależności od rodzaju równań drgań wyróżnia się drgania liniowe i drgania nieliniowe.

Jeżeli na drgający układ ma wpływ inny drgający układ (siła wymuszająca), to drgania nazywa się wymuszonymi. Gdy zewnętrzna siła nie występuje - drganiami swobodnymi. Układy autonomiczne (nie wymuszone) dzieli się na:

1. zachowawcze (energia drgań nie zmienia się)

2. tłumione (energia zmniejsza się)

3. samowzbudne (energia drgań rośnie)

Szczególnym przypadkiem drgań są drgania harmoniczne. Takie drgania powstają, gdy siła sprowadzająca układ drgający do położenia równowagi jest proporcjonalna do wychylenia układu z tego położenia.

2. Wpływ drgań na organizm człowieka

Człowiek jak i zwierzęta źle znosi wibracje ziemi. W czasie zagrożenia trzęsieniem ziemi ludzie wpadają w panikę a zwierzęta wykazują nadmierną nerwowość.Wibracjom towarzyszą różne objawy chorobowe: neurowegetatywne, gastryczne, zmiany ciśnienia, zmiany w EKG.Trudno wskazać epidemiologiczne lub fizjologiczne przyczyny tych dolegliwości.Szkodliwe efekty wibracji zależą od ich częstotliwości i natężenia.

Wibracją określamy przekazywanie drgań mechanicznych z ciała stałego na poszczególne tkanki ciała człowieka lub na cały organizm. Wibracja i wstrząsy są bodźcami fizycznymi przekazywanymi bezpośrednio z materiału drgającego, z pominięciem środowiska powietrznego. Towarzyszący wibracji dźwięk powstaje na wskutek przekazania części energii drgających cząsteczek materiału poprzez powietrze do narządu słuchu człowieka. Przykładem działania wibracji mogą być odczucia odbierane podczas dotknięcia drgającej struny instrumentu muzycznego. Energia drgań przekazywana jest tkankom, wywołując podrażnienie zakończeń nerwowych odbierających odkształcenia mechaniczne. Im drgania są intensywniejsze, tym uczucie związane z ich odbiorem staje się mniej przyjemne.

Pomiary wykazały, że drgania mechaniczne o niskich częstotliwościach powodują pojawienie się rotacyjnych ruchów głowy. Na skutek tych ruchów zostaje zakłócony układ równowagi, czego konsekwencją jest wystąpienie objawów choroby lokomocyjnej. Kierowcy często skarżą się na bóle mięśniowe karku i potylicy głowy. Ma to związek z napięciem mięśni grzbietu i szyi, które powinny przeciwdziałać nadmiernym ruchom głowy spowodowanym wibracją.

Długotrwałe wibracje powodują bóle stawów, grzbietu oraz części lędźwiowej kręgosłupa. Dolegliwości te pojawiają się u kierowców samochodów ciężarowych, rolników, operatorów maszyn drogowych po 30-40 latach.

Wibracje < 2 Hz wywołują chorobę komunikacyjną (jednym z jej typów jest choroba morska) z nudnościami, wymiotami. Objawy nasilają się przy koncentrowaniu wzroku na przedmiotach, które znajdują się w pobliżu i również się poruszają.

Wibracje 5 Hz powodują zmniejszenie ostrości widzenia poprzez rezonans oraz kłopoty z koordynacją przedniego odcinka oka, utrudniają akomodację.

Wibracje 5 do 15 Hz mają wpływ na układ oddechowy. Mięśnie oddechowe dostosowują swoją pracę do wibracji i oddychanie jest utrudnione.

Wibracje od 10 do 30 Hz powodują drgania pola widzenia (na przykład drgania 18 Hz w helikopterach utrudniają odczytanie podziałki na wskaźnikach pokładowych).

Dolegliwości wywołane wstrząsami Drgania < 40 Hz (młoty pneumatyczne)

• Bóle stawów przedramienia, ramienia, nadgarstka (dotyczy 50 % ludzi narażonych na takie wibracje)

• Choroba Kienbocha

• Choroba Kohlera

• Bóle reumatyczne typu zapalnego

• Urazy nadkłykci

• Zespół cieśni kanału nadgarstka

• Dolegliwości angioneurotyczne

Dolegliwości wywołane wstrząsami Drgania od 40 do 300 Hz (maszyny do wykopów i odwiertów)

• Problemy angioneurotyczne

• Zespół Raynaud

• Rogowacenie skóry

• Zniesienie czucia

Wibracje powyżej 300 Hz (urządzenia trzymane w rękach)

• Uczucie palenia w kończynie górnej obejmujące ręce do ramienia

• Nadciśnienie mięśniowe

• Zaczerwienienie lub zasinienie skóry rąk, obrzęki

Człowiek żyjący w uprzemysłowionych miastach narażony jest na działanie wibracji nie tylko w miejscu pracy zawodowej. Jest to związane z oddziaływaniem środowiska pozaprodukcyjnego w środkach transportu, w mieszkaniu, którego podłoga podlega drganiom, np. podczas przejazdu ciężkiego sprzętu drogowego czy kolejowego. Źródłem wibracji są różnego rodzaju urządzenia, montowane w budynkach (kotłownie, windy, hydrofory itp.).Działanie wibracji, o poziomie przekraczającym próg wrażliwości, wywołuje wiele doznań aż do pojawienia się bólu. Najsilniejsze odczucia wibracji występują przy częstotliwościach do 35 Hz, szczególnie dla zakresu 20 Hz. Przy takich częstotliwościach drgań występuje rezonans narządowy i silne podrażnienie błędnika, co jest przyczyną najbardziej przykrych doznań.

Istotnym objawem powstającym w następstwie rezonansu narządowego (prowadzi do wypaczenia czynności wielu organów, co przejawia się ich mniejszą sprawnością lub wystąpieniem nieprawidłowych odruchów połączonych z bólem) jest także upośledzenie mowy. Jest ono spowodowane rezonansowym drganiem szczęki, zmianami napięcia mięśnia krtani oraz drganiami słupa powietrza w jamie nosowo-gardłowej. Na to zjawisko ma wpływ także rezonans narządów klatki piersiowej. Drgania tych narządów (w zakresie 1-4 Hz) o dużej intensywności utrudniają także oddychanie oraz mogą spowodować ból w okolicy serca.

Wibracja niekorzystnie działa na wzrok, powoduje zwłaszcza pogorszenie jego ostrości. Można to stwierdzić przy dwóch zakresach częstotliwości: przy 20-40 Hz oraz 60-90 Hz. Pogorszeniu ostrości towarzyszy również zwężenie pola widzenia i słabsze rozróżnianie barw.
Bardzo przykre następstwa wywołuje wibracja narządów jamy brzusznej, ponieważ ze względu na swobodne zawieszenie takich narządów jak żołądek, trzustka, śledziona czy wątroba, mogą one ulegać dużym pomieszczeniom. Również podrażnienie narządu równowagi niesie za sobą nieprzyjemne skutki - są to objawy typowe dla choroby morskiej. Charakteryzują się one bólem i zawrotami głowy, szumem w uszach, dusznością oraz bólem żołądka i nudnością.

3. Zapobieganie szkodliwemu działaniu drgań

Zapobieganie szkodliwemu oddziaływaniu drgań mechanicznych w zasadzie sprowadza się do ścisłego przestrzegania obowiązujących norm. Możliwości integracji lekarskiej są w tym zakresie niewielkie i właściwie ograniczają się do kontroli warunków pracy robotników wykonujących swe czynności robocze w strefie oddziaływania intensywnych drgań oraz obsługujących narzędzia lub maszyny wytwarzające wibracje.

Niezmiernie istotną rolę odgrywa udoskonalenie konstrukcji pojazdów mechanicznych, maszyn i narzędzi. Na podstawie licznych badań udowodniono, że właściwe zawieszenie, zastosowanie urządzeń amortyzujących oraz racjonalizacja konstrukcji miejsc roboczych w znacznym stopniu zmniejsza szkodliwość oddziaływania drgań mechanicznych i wstrząsów.

Ponieważ drgania wibracyjne są praktycznie nie do uniknięcia należy w celu ochrony przed negatywnymi wpływami jej czynników stosować produkty ograniczające jej działanie.

Mniej skuteczne, od eliminowania drgań u źródeł ich powstawania oraz ograniczania ich rozprzestrzenianiu, jest stosowanie indywidualnych ochron przeciw wibracyjnych. Jednak często są one jedynym środkiem profilaktycznym.

Do podstawowych ochron przeciw wibracyjnych należą:
- rękawice przeciw wibracyjne,
- pasy przeciw wibracyjne,
- poduszki, rękawy i klęczniki przeciw wibracyjne,
- obuwie przeciw wibracyjne.

1

---