Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Wydział: Wojskowo-Lekarski

Biofizyka

Ćwiczenie M4: Badanie progu czucia wibracji.

Łukasz Janas

Grupa I

Zespół I

Łódź, 3.11.2004

Temat: Badanie progu czucia wibracji.

Podstawy teoretyczne

Ruchem harmonicznym nazywamy taki ruch, w którym siła jest wprost proporcjonalna do wychylenia i zawsze zwrócona do położenia równowagi, czyli przeciwnie do tego wychylenia.

Wartość wychylania równa się odległości punktu, w którym położone jest ciało, od położenia równowagi.

Wychylenie w ruchu harmonicznym w funkcji czasu opisane jest wzorem:

,

gdzie A - amplituda drgań (maksymalne wychylenie),
- częstość drgań,
- wychylenie początkowe.

Ponieważ prędkość chwilowa definiowana jest jako pochodna drogi po czasie (wychylenia po czasie):

Natomiast przyspieszenie to pochodna prędkość po czasie:

.

Zjawisko rezonansu mechanicznego

Każde ciało pobudzone do drgań wykonuje tzw. drgania własne. Częstotliwość drgań własnych danego ciała jest dla niego charakterystyczna i nie zależy od sposobu pobudzania do drgań. Jeżeli do układu nie jest dostarczana energia, mamy do czynienia z drganiami gasnącymi.

Aby drgania nie były gasnące należałoby w każdym okresie drgań dostarczyć do układu drgającego taką ilość energii, jaka została utracona w tym samym czasie. Jeżeli dwa ciała mają zbliżone do siebie częstotliwość drgań własnych, mamy do czynienia z rezonansem mechanicznym. Jeżeli jedno z ciał przekazuje drgania do drugiego, to powstają tzw. drgania wymuszone.

.

Ponieważ okres drgań wahadła matematycznego jest opisany wzorem

,

to

Zatem rezonans mechaniczny dwóch wahadeł matematycznych występuje dla wahadeł o tej samej długości.

Wibracje

Układ drgający może przekazywać swoje drgania mogą być przekazywane w ośrodkach gazowych, ciekłych i stałych. Drgania, które przenoszone są na żywy organizm przez bezpośredni kontakt z układem drgającym, nazywane są w medycynie pracy wibracjami. Drgania te mogą być odbierane przez mechanoreceptory, w szczególności przez receptory ucha wewnętrznego oraz tzw. ciałka Vater-Paciniego. Mechanoreceptory w uchu wewnętrznym wyposażone są we włosowate wyrostki (stereocilia), których wygięcie w określoną stronę powoduje depolaryzację lub hiperpolaryzację komórki. Otrzymana informacja przekazywana jest do ośrodkowego układu nerwowego.

Wibracje stanowią szczególne zagrożenie dla pracowników przemysłu i komunikacji. Do czynienia z nimi mamy np. na płytach wibracyjnych, przy pracy z dłutami i młotami pneumatycznymi, na traktorach, w śmigłowcach, samolotach itd. Działanie biologiczne zależy przede wszystkim od amplitudy i częstotliwości drgań. Badania wykazały, że drgania mechaniczne o niskich częstotliwościach powodują pojawienie się rotacyjnych ruchów głowy, czego konsekwencją jest zakłócenie funkcjonowania układu równowagi i objawy choroby lokomocyjnej. Działanie wibracji o poziomie przekraczającym próg wrażliwości wywołuje wiele doznań aż do oznak bólu. Najsilniejsze odczucia wibracji występują dla drgań o częstotliwości poniżej 35 Hz.

Rezonans narządowy

Drgania o tzw. częstotliwościach rezonansowych oraz ich wielokrotnościach (oktawy rezonansowe) wywołują szczególnie silne drgania poszczególnych części ciała. Rezonans narządów klatki piersiowej i jamy brzusznej zachodzi zwykle w zakresie 4-10 Hz. Wyjątek stanowią pęcherz moczowy i prostata (10-18 Hz). Wibracje takie mogą prowadzić objawów zarówno obiektywnych, jak i subiektywnych. Występują m.in. bóle w klatce piersiowej, zaburzenia oddechowe, parcie na mocz i stolec, zmiany naczyniowe i ciśnienia krwi. Drgania o częstotliwościach z zakresu 20-40 Hz bądź 60-90 Hz powodują zaburzenia w funkcjonowaniu narządu wzroku, szczególnie pogorszenia jego ostrości.

Choroba wibracyjna

Przewlekłe działanie wibracji, np. w warunkach zawodowych, może prowadzić do choroby wibracyjnej. Do charakterystycznych dla niej objawów należą:

1. zaburzenia naczynioruchowe (świadczy o tym m.in. cierpnięcie i bladnięcie opuszek palców)

2. zaburzenia w funkcjonowaniu układu nerwowego (nerwy obwodowe, układ autonomiczny)

3. zaburzenia w pracy przedsionków

4. nieprawidłowości w układach: kostno-stawowym, trawiennym itd.

Metody ochrony organizmu przed szkodliwym działaniem wibracji i hałasu

W celu przeciwdziałania szkodliwemu wpływowi wibracji i hałasu na człowieka, stosuje się wiele metod, a wśród nich:

1. eliminacja źródeł nadmiernego hałasu i drgań (regulacja ustawodawcza)

2. stosowanie warstw izolujących, tłumiących hałas

3. stosowanie indywidualnych ochron przeciwwibracyjnych (rękawice, pasy, odzież, obuwie) oraz tłumiących hałas (ochrona uszu pracowników na budowie oraz w pracowniach rzemieślniczych o dużym natężeniu hałasu).

Część doświadczalna

Przebieg doświadczenia

1. Umieścić w karcie badania dane osobiste oraz ewentualne odstępstwa od standardowych warunków.

2. Przygotować aparaturę.

3. Ułożyć standardowo badany palec.

4. Zgłosić gotowość do próbnego rozpoznania progu czucia.

5. Ponownie zgłosić gotowość próby rozpoznania, ale przy zanikaniu wibracji.

6. Zgłosić gotowość do właściwego pomiaru czucia wibracji.

7. Sprawdzić czy sonda temperaturowa leży swobodnie - umożliwia to zmierzenie temperatury otoczenia.

8. Położyć sondę na trzpieniu i przycisnąć palcem (kontrolując siłę docisku).

9. Napisać wnioski dotyczące przeprowadzonych doświadczeń.

Przykładowy wykres progów czucia wibracji

Wnioski

Krzywa rozkładu progu czucia wibracji, otrzymana w wyniku badania, nieco odbiega kształtem od prawidłowej, szczególnie jego części końcowej, tzn. odpowiadającej wysokim częstotliwościom drgań. Przyczyny takiego stanu rzeczy mogą być bardzo różnorodne: od niedoskonałości urządzenia (np. jego nieprawidłowe działanie zakresie tych konkretnych częstotliwości), przez brak odpowiednich warunków do wykonania badania (zamieszanie w sali niepozwalające badanemu na odpowiednią koncentrację) do zaburzeń czucia wibracji u badanego. Tym niemniej odchylenia od normy są w wypadku danego badania niewielkie. Można zatem uznać, że doświadczenie zostało wykonane poprawnie.

6

---