Рассмотрение вопросов безопасной жизнедеятельности в различных разделах (темах) учебного предмета «ФИЗИКА»

Рассмотрение вопросов безопасной жизнедеятельности в различных разделах (темах) учебного предмета «ФИЗИКА»

Физика – мировоззренческая наука, которая формирует кругозор учащегося. Знания по физике могут обеспечить безопасность, так как законы физики действуют везде, где существует физическая материя.
Одним из главных свойств материи является движение. Движение тел окружает нас постоянно, поэтому знание законов механики обеспечит безопасность на дорогах. Электричество. В наше время без него невозможна человеческая жизнь, но пренебрежение законами физики и здесь может привести к печальным событиям. Человечество научилось использовать энергию атома. Но как оказалось, применение атомной энергии требует соблюдения определенных правил безопасности. Получается, что безопасность жизни, сбережение здоровья возможно только при наличии знаний, сформированных умений. На уроках физики изучается разнообразный материал. Задача учителя на уроке не только дать знания основ науки, но научить применять полученные знания в течение всей жизни. В таблице приведены некоторые вопросы школьного курса физики, изучая которые можно формировать сознательное отношение к своему здоровью и соблюдение определенных правил безопасности.

При изучении свойств твердых, жидких и газообразных тел, одновременно с рассмотрением молекулярного строения и физических характеристик воды (текучести, малой сжимаемости, передачи давления по всем направлениям и др.),  полезно рассказать ученикам о физических методах очистки питьевой воды (использовании с этой целью отстойников, фильтров и пр.), об устройстве водопровода и качестве воды в нем, о рациональном использовании водных ресурсов,  а также о важности соблюдения основных гигиенических требований к питьевой воде, подчеркнув необходимость выполнения гигиенических правил при употреблении воды из природных источников в походах, на экскурсиях, в оздоровительных лагерях. Они должны знать, что использование воды для питья из открытых водоемов или арыков опасно, особенно в весенний и летний периоды, когда на полях применяются удобрения и ядохимикаты, попадающие через грунтовые воды в источники. Каждому школьнику необходимо осознать, что пить некипяченую воду нельзя.

Учебный материал о теплопередаче, процессах нагревания и перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое полезно дополнить сведениями о возможности переохлаждения,  перегревания организма человека в зимнее или летнее время года в районах резко континентального климата, о роли закаливания, физических свойствах одежды, ее гигиенически правильном использовании, о «микроклимате» классных комнат, жилых помещений (температуре, влажности), необходимости соблюдения гигиенических норм физических параметров и способах поддержания нормальных условий в них.

Излагая материал о взаимных превращениях жидкостей и газов, о свойствах паров, следует подчеркнуть важность с гигиенической точки зрения поддержания норм влажности воздуха в помещении, рассказать о том, что избыток или недостаток паров воды в воздухе может привести к плохому самочувствию человека, различным заболеваниям органов дыхания, порче продуктов.

Изучение физических основ работы тепловых двигателей должно сопровождаться выяснением того вреда окружающей природа, людям, который обусловлен загрязнением воздуха выхлопными газами автотранспорта, а также рассмотрением всех возможных мер, снижающих его негативное воздействие.

Особого внимания заслуживает раздел «Электричество», поскольку существует угроза поражения электрическим током. Гигиенические правила поведения при пользовании электричеством определяются в основном требованиями техники безопасности. Как известно, прохождение тока через тело человека вызывает судорожное сокращение мышц, в том числе осуществляющих дыхание и работу сердца; смерть наступает из-за нарушения нормальной деятельности сердца и легких. Паралич дыхания человека наступает при силе тока 0,1 А, при длительности 3 с - смертельное поражение, которая определяется не только напряжением, но и сопротивлением человеческого тела в момент соприкосновения с электрической цепью.

Школьники должны знать, что при поражении электрическим током могут быть применены два метода оживления организма:

искусственное дыхание путем ритмического вдувания воздуха из своего рта в рот или нос пострадавшего (10—12 раз в 1 мин);

поддержание искусственного кровообращения закрытым массажем сердца путем сжатия его мышц ритмическими надавливаниями на переднюю стенку грудной клетки в ее нижней трети (60—70 р. в 1 мин).

 Но главное — не допускать поражения, неукоснительно выполняя правила пользования электроприборами: на электрической плитке, следует перед ее включением проверить исправность шнура, поставить ее на огнеупорную подставку (металлическую, асбестовую), а затем ввести штепсельную вилку в отверстия розетки. Лучше всего пользоваться плиткой с закрытой спиралью, эмалированной посудой и не выключать плитки дерганием за шнур.

 В теме «Механические колебания. Звук» важно сообщить ученикам о том, как воздействуют на человека музыкальные звуки и шум, об основных источниках шума на производстве и в быту, о допустимых нормах шума, методах его уменьшения. Рассматривая колебания, следует отметить и отрицательное влияние вибрации на здоровье человека, привести примеры, как гигиенические требования воплощаются в конкретных технических антивибрационных устройствах. При изучении законов освещенности и коррекции зрения надо выяснить причины близорукости и дальнозоркости глаза, сообщить об основах гигиены зрения, нормах освещенности, правилах размещения источников света в помещении и т. д.

Методический анализ различных разделов школьного курса физики позволил прийти к выводу: все темы курса физики содержат внутренние возможности для формирования понятий о здоровье. Нужна только соответствующая методика преподавания.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

РАЗДЕЛ «ЭЛЕКТРОСТАТИКА»

Воздействие на человека электростатических полей

В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем последующий разряд с человека на землю или заземленное производственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека могут вызвать болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения и получения травмы (падения, ушибы и т.д.). Из-за боязни ожидаемого разряда возможны «фобии» и повышенная эмоциональная возбудимость.

Наше тело является своеобразным аккумулятором, стенка клетки имеет электрический потенциал, а внутри клетки находится раствор электролита, в котором плавает ядро и прочие внутриклеточные структуры. Клетка окружена внеклеточной жидкостью, то есть электролитом несколько другого состава. Одни вещества благодаря биоэлектрическим процессам, активно в клетку вводятся, а другие выводятся из нее. Один аккумулятор (клетка) находится внутри другого аккумулятора – органа с его внеклеточной жидкостью. Органы омываются другим электролитом – кровью. За счет электричества функционируют многие системы организма. Нервы – это, по сути, биопровода, по которым передается импульс. Сердце сокращается благодаря разряду, передаваемому по нервному волокну пучка Гиса (аналогия с системой зажигания в автомобиле).

Работа мышц, сердца, мозга и прочих органов сопровождается электрической активностью. Вся сознательная жизнь человека зависит от электрической активности мозга. Электричество организма суммируется и образует сложное биополе, чувствительное к внешним электрическим помехам; статическое электричество – помеха.

Каждый испытывал силу собственного статического электричества. Разряд может проскочить при прикосновении к металлическим предметам, при рукопожатии, разряд может быть чувствителен и сказывается на работе электропроводящей системы сердца.

Опасность статического электричества реализовалась для человека сравнительно недавно, природа за период эволюции не выработала защитного механизма. Раньше люди находились в постоянном контакте с землей. С течением времени человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь. Непроводящие электричество синтетика и резина стали исходным материалом для одежды и обуви человека; они также стали входить в состав стен, напольных покрытий, мебели. Одежда из синтетических материалов не только мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, она при каждом движении еще вырабатывает дополнительную порцию электричества. Горожане ходят по асфальту и живут в домах, полных синтетических материалов; превращаются в разновидность конденсаторов, которые при малейшем контакте искрят. Потому и депрессиям горожане более подвержены. Особенно зимой, когда на человеке больше одежды, а значит, и электроэнергии он вырабатывает больше. Цивилизации – одежда, обувь, отделка домов, асфальт улиц –заизолировало городского жителя от контакта с землей. Однако природа

оставила человеку в борьбе со статическим электричеством «последний рубеж» - мочеиспускание. Это не только выведение шлаков из организма. Моча – отличный проводник, представляет собой раствор электролитов. Во время мочеиспускания происходит заземление и сброс статического электричества, причем, сброс идет не с внешнего контура человека, а с внутреннего. Мочевой пузырь располагается по соседству с позвоночником и спинным мозгом, он оплетен нервными стволами. При мочеиспускании происходит как бы «заземление» непосредственно центральной нервной системы. Однако изобретение фаянсового унитаза и пластиковых труб «заизолировали» человека окончательно. Воздействию статики меньше подвержены жители сельской местности, обделенные плодами цивилизации

ЗАДАЧИ КАЧЕСТВЕННОГОХАРАКТЕРА

Задача 1. Почему при переливании бензина из одной цистерны в другую может произойти воспламенение, если не соблюдать специальных мер безопасности?

Решение: Как при переливании бензина из одной цистерны в другую, так и при транспортировке его, в результате сил трения движущихся слоев жидкости совершается работа и увеличивается температура участвующих в работе тел; кроме того, в процессе трения происходит образование разноименных зарядов, которые могут инициировать воспламенение паров бензина. Поэтому для предотвращения этой опасности обе цистерны и соединяющий их трубопровод необходимо заземлять как при переливании бензина, так и при его транспортировке.

Задача 2. Если ножовкой распиливать лист какого-нибудь полимера (полиэтилен, полистирол, винипласт, плексиглас и др.), то опилки прилипают к ножовке, к столу, на котором укреплена обрабатываемая деталь. Чем это объясняется?

Решение: В результате механического трения между полотном ножовки и полимерным материалом происходит нагрев материала полимера, а также образуются разноименные заряды, в результате чего происходит прилипание опилок. Увеличение температуры в определенных условиях может даже привести к возгоранию. Опилки, кроме того, могут мешать проводить разметку листа при слесарных работах и быть причиной производственной травмы.

Задача 3. На органы дыхания маляра, проводящего покрасочные работы, пары краски оказывают вредное воздействие. Окраска обычно проводится с помощью кистей или пульверизаторов. Почему применением электростатического поля при окраске методом вихревого напыления можно добиться практически безвредных условий работы для маляра?

Решение: Электрический генератор, расположенный в самом пистолете-распылителе, создаёт высокий электростатический потенциал, благодаря которому отдельные частицы материала следуют за силовыми линиями поля и равномерно располагаются на поверхности окрашиваемой детали. Заряженные частицы краски под действием сил электрического поля не разбрызгиваются беспорядочно во все стороны, а ложатся только на окрашиваемый предмет. Электрическое поле должно быть определенной направленности. Данная особенность поведения электрического поля позволяет «охватывать» окрасочным факелом как фронтальную, так и другие стороны детали. Использование встроенного в пистолет-распылитель воздушного генератора, не требует никаких соединительных электропроводов, что не мешает работе маляра и увеличивает его электробезопасность (по сравнению с использованием удаленного генератора с электрическим соединением).

Задача 4. При движении автомобиля по дороге создаются условия для возникновения статического электричества (материал корпуса автомобиля –металлический, а материал колес – резина). Воздух постоянно при езде производит трение о поверхность машины. Даже ветер сам по себе воздействует на совершенно неподвижный автомобиль. При выходе из автомобиля человек может получить мощный статический заряд электричества при полностью неподвижной машине в жаркий день и ощутить неприятные для себя последствия «искрения» корпуса. Какими мероприятиями можно убрать неприятные ощущения статического разряда?

Решение: Для снятия статического электричества с кузова автомобиля применяют электропроводную полоску – «антистатик», прикрепленную к днищу автомобиля. Если при выходе из автомобиля водитель заметил, что кузов «искрит», необходимо разрядить кузов, прикоснувшись к нему металлическим предметом, например, ключом зажигания. Для человека это не опасно. Но эту процедуру необходимо проделать, прежде чем заправлять машину бензином. В настоящее время вместо электропроводной полоски все чаще используют токопроводящую резину для колес (в материалы резины вводятся специальные электропроводные присадки).По этой же причине самолеты снабжены металлическими тросиками, закрепленными на шасси и днищах фюзеляжа, что позволяет при посадке снимать с корпуса статические заряды, образовавшиеся в полете.

Задача 5. Чтобы избежать накопления статического электричества на окружающих человека предметах, какими общими рекомендациями следует воспользоваться?

Решение: Предметы и вещества, соприкасающиеся друг с другом, лучше всего изготавливать из одинакового материала, чтобы исключить возникновений контактной электризации, то есть появление разноименных зарядов. При покрытии пола следует использовать антистатические вещества. Хороший эффект дает регулярная антистатическая обработка ковровых покрытий, синтетических материалов и тканей средствами бытовой химии.

Задача 6. Для обеспечения допустимой концентрации пыли в воздухе рабочей зоны на производстве используются специальные установки для их улавливания. Пыль оказывает негативное воздействие на органы дыхания человека, а также некоторые ее виды могут стать в определенных условиях фактором, инициирующим взрыв. Вредность воздействия пыли на органы дыхания человека определяется в основном физико-химическим составом пыли, её концентрацией в воздухе, способностью растворяться в биологических тканях и временем воздействия. В установках для улавливания пыли пропускают воздух через металлические трубы, по оси которых протягивается металлическая проволока. Проволока соединяется с минусом, а труба-с плюсом генератора, подающего напряжение в несколько десятков тысяч вольт. Как будут вести себя пылинки: а) незаряженные?; б) заряженные положительно?; с) заряженные отрицательно?

Решение: Пылинки, заряженные положительно, и пылинки незаряженные, будут двигаться к проволоке. Пылинки, заряженные отрицательно, будут двигаться к трубе, если они находятся вдали от проволоки, и к проволоке, если они находятся ближе определенного расстояния, сравнимого с размерами пылинки.

Задача 7. Электрический потенциал конвейерной ленты на производстве автомобильной резины может достичь 8000 В. Работницы, сидящие на деревянных скамейках, во время работы касаются ленты руками и получают заряд. Считая емкость тела работницы равной 25пФ, определите заряд, сообщаемый телу. Какими мероприятиями можно уменьшить электростатический заряд?

Решение: Устранить образование статического электричества можно при помощи следующих мер: 1– заземлением металлических частей конвейерной ленты; 2 – увлажнением воздушной среды. Воспользуемся определением электроемкости C q / U, тогда электрический заряд, сообщаемый телу человека, можно определить q=U*C=0,2мкКл.

РАЗДЕЛ «ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК»

Воздействие на человека электрического постоянного и переменного тока

Проходя через организм человека, электрический ток оказывает на него термическое, электролитическое, механическое (динамическое) и биологическое действие (свойственное лишь живой ткани).Тяжесть поражения электрическим током зависит от множества факторов:

значения силы тока;

электрического сопротивления тела человека;

длительности протекания тока;

пути прохождения тока через тело человека (рука-рука, рука-нога);

рода и частоты тока;индивидуальных свойств человека;

условий окружающей среды.

Факторы электрического характера. Сила тока является главным фактором, определяющим степень поражения человека. Установлены следующие категории воздействия: пороговый ощутимый ток, пороговый не отпускающий ток и пороговый фибрилляционный ток. Электрический ток наименьшей силы, вызывающий ощутимые человеком раздражения, называется пороговым ощутимым током. Человек начинает ощущать воздействие переменного тока частотой 50 Гц силой около 1,1 мА, а постоянного тока около 6 мА в виде слабого зуда и легкого покалывания при переменном токе или нагревания кожи при постоянном токе.

Пороговый ощутимый ток может явиться косвенной причиной несчастного случая, вызвав непроизвольные ошибочные действия человека в рабочих условиях. При переменном токе 10...15 мА, а постоянном 50...80 мА человек не в состоянии преодолеть судороги мышц и разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить провод. Такой ток называется пороговым «неотпускающим». Превышающий его ток усиливает судорожные сокращения мышц и болевые ощущения, распространяет их на обширную область тела. Это затрудняет дыхательные движения грудной клетки, вызывает сужение кровеносных сосудов, что приводит к повышению артериального давления и повышению нагрузки на сердце.

Переменный ток 80...100 мА, а постоянный 300 мА через 1...3 секунды с начала его воздействия вызывает фибрилляцию сердца, что приводит к летальному исходу. Этот ток называется «фибрилляционным», а наименьшее его значение – пороговым фибрилляционным током. Переменный ток силой 100 мА и более мгновенно вызывает смерть от паралича сердца.

Род и частота тока. При напряжениях до 250–300 В постоянный и переменный токи одинаковой силы оказывают разное воздействие на человека. Это различие исчезает при большем напряжении. Наиболее неблагоприятным является переменный ток промышленной частотой 20–100 Гц. Вне этого диапазона частот значения неотпускающего тока возрастают. Сила тока, протекающего через тело человека I, зависит от напряжения прикосновения U и сопротивления тела человека R: IU/R. Напряжение прикосновения – это разница потенциалов между двумя точками включения тела человека в электрическую цепь.

Сопротивление цепи человека электрическому току. Электрическое сопротивление цепи человека (R) определяется суммарным сопротивлением нескольких включенных последовательно элементов: тела человека Rч., одежды Rод (при прикосновении участком тела, защищенным одеждой), обуви Rо и пола Rп, (опорной поверхности): R=Rод+Rо+Rп+Rч. Очень большое значение имеет изолирующая способность полов и обуви для обеспечения безопасности людей от поражения током. Постоянный ток, как не изменяющийся во времени по величине и направлению, ощущается только в моменты включения и отключения от источника. Обычно его действие тепловое (при длительном включении). При больших напряжениях он может вызывать электролиз ткани и крови. Постоянный ток напряжением до 450В менее опасен, чем переменный ток того же напряжения.

Индивидуальные особенности сопротивления тела человека. Наибольшим электрическим сопротивлением обладает кожа, особенно ее верхний роговой слой, лишенный кровеносных сосудов. Сопротивление кожи зависит от ее состояния, плотности и площади контактов, величины приложенного напряжения, силы и времени воздействия тока. Наибольшее сопротивление оказывает чистая, сухая, неповрежденная кожа. Увеличение площади и плотности контактов с токоведущими частями снижает ее сопротивление. С увеличением приложенного напряжения сопротивление кожи уменьшается в результате пробоя верхнего слоя. Увеличение силы тока или времени его протекания также снижает электрическое сопротивление кожи вследствие нагрева ее верхнего слоя. Сопротивление внутренних органов человека является также переменной величиной, зависящей от физиологических факторов, состояния здоровья, психического состояния. В связи с этим к обслуживанию электроустановок допускаются лица, прошедшие специальный медицинский осмотр, не имеющие кожных заболеваний, заболеваний сердечно-сосудистой, центральной и периферической нервных систем и других болезней. При проведении расчетов по обеспечению электробезопасности условно принимают сопротивление тела человека равным 1000 Ом.

Продолжительность действия тока. Увеличение длительности воздействия тока на человека усугубляет тяжесть поражения из-за снижения сопротивления тела за счет увлажнения кожи потом и соответствующего увеличения проходящего через него тока, истощения защитных сил организма, противостоящих воздействию электрического тока. Между допустимыми для человека величинами напряжений прикосновения и силы токов существует зависимость, соблюдение которой обеспечивает электробезопасность.

Путь тока через человека существенно влияет на исход поражения, опасность которого особенно велика, если он проходит через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг. В теле человека ток проходит не по кратчайшему расстоянию между электродами, а движется, главным образом, вдоль потоков тканевой жидкости, кровеносных и лимфатических сосудов и оболочек нервных стволов, обладающих наибольшей электропроводностью. Пути тока в теле человека называют петлями тока. Для электротравм с тяжелым или смертельным исходом наиболее характерны следующие петли тока: рука – рука, правая рука – ноги, левая рука–ноги, нога –нога. Многие факторы окружающей среды влияют на электробезопасность. Во влажных помещениях с высокой температурой условия для обеспечения электробезопасности неблагоприятны, так как при этом терморегуляция организма человека осуществляется в основном с помощью потовыделения, что приводит к уменьшению сопротивления тела человека.

Воздействие постоянного тока на организм человека

Воздействие переменного тока на организм человека

ЗАДАЧИ КАЧЕСТВЕННОГО ХАРАКТЕРА

Задача 1. Почему при электромонтажных работах, производимых под напряжением, по правилам техники безопасности необходимо иметь обувь на резиновой подошве?

Решение: В случае включения электромонтажника в электрическую цепь наличие резиновой обуви значительно увеличит его электрическое сопротивление. Сопротивление тела человека обычно составляет единицы кОм, а хорошая обувь –50...60 кОм.

Задача 2. Диагностика является важным элементом контроля состояния работоспособности любой электрической цепи. Работник по ошибке включил амперметр вместо вольтметра при измерении напряжения на горящей лампочке. Объясните, что произошло с величиной тока в цепи?

Решение: Работник включил амперметр параллельно (по схеме вольтметра). Так как сопротивление амперметра очень мало, то при параллельном включении этого прибора в цепь (что очень опасно!) сила тока может достичь очень большого значения. Резкое увеличение силы тока в цепи - это короткое замыкание. Следствия короткого замыкания – мгновенное повышение температуры на многих участках цепи (что может вызвать возгорание, воспламенение) и, конечно, перегорание обмотки амперметра, не рассчитанного на такие высокие токи.

Задача 3. Почему плавкий предохранитель выходит из строя раньше, чем какой-либо другой участок электрической цепи?

Решение: Электрический предохранитель компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа. Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока–тока, на который рассчитан предохранитель. Предохранитель делают из легкоплавкого провода, во много раз более тонкого, чем вся остальная цепь. Из-за большой плотности тока и малой поверхности охлаждения этот провод быстро нагревается, плавится, что и обеспечивает защитное отключение установки (или участка электрической цепи).

Задача 4. Почему электрические лампы чаще всего «перегорают» в момент замыкания тока и редко в момент размыкания?

Решение: Известно, что сопротивление холодного металла меньше, чем раскаленного; закон изменения сопротивления металла при разных температурах описывается формулой R=R₀(1+Т). По этой причине в момент включения сила тока будет наибольшей. Лампа, долго находившаяся в употреблении, имеет более тонкую нить (вследствие испарения металла), поэтому в момент включения она окончательно разрушается.

Задача 5. Обоснуйте, почему нельзя изготавливать емкости для жидкостей, в которых используются алюминий и медь в одном изделии? Решение: В процессе эксплуатации емкости, состоящей из медного и алюминиевого материала, возникает электролиз. «Электроды», алюминиевый и медный, находящиеся в воде, создают гальванический элемент. Вода, благодаря имеющимся солям, является электролитом. При действии этого элемента происходит растворение металла (алюминия) и выделение водорода. Эксплуатация такой емкости опасна.

Задача 6.Почему прикосновение голыми руками к неизолированным электрическим проводам опасно для жизни? Что обеспечивает контакт между проводом и кожей рук человека?

Решение: Влага на руках содержит раствор различных солей и является электролитом, создавая хороший контакт между проводами и кожей. Если кожа в зоне контакта с проводом сухая, то ток через человека будет меньше.

РАЗДЕЛ «Магнитостатика»

ЗАДАЧИ КАЧЕСТВЕННОГОХАРАКТЕРА

Задача 1 .При подготовке полетов на Северный полюс много внимания уделялось обеспечению правильной ориентации самолета вблизи полюса, так как там обыкновенные магнитные компасы практически непригодны. Почему?

Решение: Вблизи полюса мала горизонтальная составляющая вектора индукции земного магнитного поля и потому мал вращающий момент, действующий на компасную стрелку.

Задача 2. Почему недалеко от места удара молнии могут расплавиться предохранители в осветительной сети и повредить вблизи расположенные чувствительные электроизмерительные приборы?

Решение: Молния—гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Ток в разряде молнии достигает10—300 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда - от 1 до 1000 ГВт. Магнитное поле молнии индуцирует в проводниках электроизмерительных приборов сильные направленные токи, которые повреждают приборы. Эти же токи плавят предохранители в осветительной сети. В результате разряда молнии может быть поврежден телевизор в доме или ноутбук. Не рекомендуется во время грозы пользоваться радиотелефоном. Разряд молнии имеет электрическую природу. Он вызывает появление ударной волны, опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и даже контузить людей без непосредственного поражения электрическим током.

Задача 3. Медицинский прибор для извлечения неферромагнитных металлических опилок из глаза пострадавшего представляет собой сильный электромагнит, питаемый переменным током. Какова должна быть зависимость силы тока, питающего электромагнит, от времени, чтобы прибор отвечал своему назначению?

Решение: Силы, действующие на металлические опилки, возникают вследствие появления в опилках индукционных токов при изменении магнитного поля электромагнита. При нарастании тока в электромагните опилки, в соответствии с правилом Ленца, будут выталкиваться из поля, а при убывании тока –притягиваться. Эти силы пропорциональны скорости изменения магнитного поля и соответственно тока. Поэтому ток в электромагните должен медленно нарастать, а затем очень быстро падать до нуля.

РАЗДЕЛ «Колебания и волны. Звук».

Вредное воздействие механических колебаний на человека

Когда мы говорим о вредном воздействии механических колебаний на человека, то имеем в виду, так называемый, вибрационный фактор. Действие вибрации определяется передачей человеку механической энергии от источника колебаний. Если вибрация передается через опорные поверхности человека на все его тело в положении сидя или стоя, то она называется общей вибрацией, если же передается через руки работающего – местной или локальной. Такое разделение вибрации – условно, конечно, при локальной вибрации она передается также на весь организм человека, чему способствует относительно хорошая проводимость механических колебаний тканями тела, особенно костной системой. В том случае, когда воспринимаемая человеком энергия превышает установленные нормативными документами значения, вибрация может причинять вред.

Воздействие вибрации на человека может приводить к снижению производительности труда и качества работы, а также к возникновению заболеваний (действие локальной вибрации может при определенных условиях привести к «вибрационной болезни»). Вибрация воспринимается всем организмом, вызывая головную боль, быструю утомляемость, онемение пальцев рук, боли в кистях и предплечье, судороги; повышается чувствительность к охлаждению, появляется бессонница, головокружение и возможны обмороки за счет спазма сосудов. При вибрационной болезни возникают патологические изменения спинного мозга, сердечно - сосудистой системы, костных тканей и суставов, изменяется капиллярное кровообращение.

Наиболее распространены и опасны заболевания, вызванные локальной вибрацией. При работе с ручными машинами, вибрация которых наиболее интенсивна в среднечастотной области спектра, возникают в основном заболевания, сопровождающиеся спазмом периферических сосудов. Локальная вибрация может вызывать ухудшение кровообращения кистей рук, пальцев, предплечья и сосудов сердца. Это понижает чувствительность кожи, вызывает отложение солей, окостенение сухожилий мышц в кистях рук и пальцах. Следствием является деформация и снижение подвижности суставов. Так же, как и при общей вибрации, нарушается деятельность сердца и ЦНС. Особенно чувствителен организм к вертикальным вибрациям, когда колебания передаются от ног к голове.

Воздействие вибрации зависит от частоты: при высоких частотах вибрации поражаются периферические нервные окончания и сосуды, появляется тремор рук; при малых частотах вибрации возникают радикулиты и гастриты. Особенно вредны вибрации с частотами, близкими к частотам колебаний отдельных органов человека в пределах 6 ...30 Гц. Резонансные частоты отдельных частей тела (в Гц): глаза –22 ...7; горло –6 ...12; грудная клетка –2...12; ноги, руки –2...8; голова –8...27; лицо и челюсти –4...27; поясничная часть позвоночника –4...14; живот –4...12.Степень воздействия вибрации на организм зависит не только от частоты, но и от амплитуды.

Вредное воздействие шума на человека

Шум является вредным общебиологическим фактором. Через нервную систему он действует на весь организм. При длительном воздействии шума наступает резкая потеря слуха (тугоухость) или глухота. Шум обладает свойством кумуляции. Шум является причиной утомления, ослабления внимания, памяти, что может привести к травме. Если, благодаря зрению, мы опасность можем увидеть, то благодаря слуховому аппарату, мы опасность можем вовремя услышать. Шумом являются различные звуки, мешающие нормальной деятельности человека и вызывающие неприятные ощущения. Громкие звуки дома или на работе могут повредить слух -даже короткое воздействие звука больше 90 дБ может иметь последствия. Продолжительный шум ещё опаснее. Наша жизнь полна шумов, источники шума окружают нас на работе, на улице, дома. Потеря (или ухудшение) слуха вследствие шумовых загрязнений -очень распространенное явление в нашей жизни. Должны быть осторожны музыканты, которым слух необходим профессионально. Пытаясь отдохнуть, мы часто усугубляем опасность: развлечения, такие как стрельба, мотоспорт, дискотеки и шумные вечеринки, могут нанести существенный вред. Но нужно также понимать, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку необходим шум в 10...20 дБ, этот уровень соответствует, например, шуму листвы в парках. Шум становится негативным фактором для человека только тогда, когда он начинает ему мешать. Вред наносят нам только чрезмерные звуки (нормативные значения приведены в соответствующих документах). Звуковые колебания воспринимаются ухом и черепной коробкой (костная проводимость), патологичные изменения в организме от шума классифицируются как шумовая болезнь, тугоухость. При шуме 120дБ у человека возникает костная проводимость,130дБ –болевое ощущение в ушах, 140дБ–разрушаются барабанные перепонки. Особенно опасен шум в ночное время.

Опасность может представлять и неслышимые нами звуки (при превышении нормативных значений).

Инфразвук в воздушной среде распространяется на большие расстояния вследствие малого поглощения энергии. Источники: вентиляторы, поршневые компрессоры и прочие механизмы с частотой менее 20Гц. Биологическое воздействие инфразвука изучено не до конца. Характерно ощущение вращения, раскачивания, непроизвольное вращение глазных яблок, сильная боль в ушах, депрессия, боль, страх, неадекватное поведение людей, склонность к suicide. Совпадение колебаний и собственных колебаний тела приводит к тяжелым последствиям –потеря зрения и слуха, остановка сердца. При нарастании до 150дБ действует на ЖКТ, нарушается функция мозга, наступает слабость, обморок, потеря зрения и слуха.

Источники ультразвука: оборудование, которое генерирует ультразвук (или сопутствующий фактор). При помощи ультразвука на производстве осуществляется сушка, очистка, сварка, нахождение трещин. Низкочастотный диапазон ультразвука распространяется воздушным и контактным путём, а высокочастотный диапазон–только контактным. Биологическое действие ультразвука: под его действием в организме человека возникают патологичные изменения: в сердечно-сосудистой, нервно-психической, дыхательной системах; нарушается обмен веществ и процессы терморегуляции. Ультразвуковая энергия легко проникает через кожу вглубь и оказывает глубинное биологическое воздействие.

Вредное воздействие электромагнитных полей на человека

Постоянные и переменные электрические и магнитные поля имеют широкий спектр воздействия на организм человека и свою специфику воздействия в частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате, возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Электромагнитная волна, встречая на своем пути препятствие (тело), частично поглощается телом, частично отражается и частично проходит через него. Воздействие ЭМП на человека обусловлено поглощением части падающей энергии организмом. Биологический эффект поглощения тканями зависит (помимо свойств самих тканей, органов и их «жизненноважности» в функционировании организма) от физических параметров ЭМП: интенсивности самого излучения, длины волны (частоты), режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), времени облучения, характера облучения (постоянное, прерывистое, импульсное), площади облучения. Доля поглощения падающей энергии потока тканями организма зависит от их отражательной способности на границе раздела сред, которая определяется особенностями самой ткани и содержанием в них воды. Колебания содержащихся в биологических тканях дипольных молекул воды и ионов приводят к преобразованию электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую энергию со способностью к кумуляции. Температура тела повышается или происходит нагрев тканей, органов, обладающих плохой терморегуляцией (глаза, гонады). Поражение глаз в виде помутнения хрусталика –характерное специфическое воздействие ЭМП, происходящее вследствие теплового эффекта; страдает не только хрусталик глаза, но и сетчатка. Наиболее чувствительна к действию электромагнитных полей центральная нервная система (субъективные ощущения при этом –повышенная утомляемость, головные боли), сердечно-сосудистая, эндокринная и половая система. На уровне нервной клетки, структурных образований по передаче нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. Изменяется высшая нервная деятельность, память у людей, имеющих контакт с ЭМП. Определенные структуры головного мозга имеют повышенную чувствительность к ЭМП. На фоне снижения иммунной функции увеличиваются инфекционные заболевания органов дыхания, слуха, усиливаются функциональные расстройства ЦНС и эндокринной системы; обостряются общие хронические заболевания. В производственных условиях длительное воздействие интенсивных ЭМП приводит к повышенной заболеваемости с временной потерей трудоспособности. Особенно чувствительны к ЭМИ дети; особенно опасными ЭМП могут быть для беременных (наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития эмбриона), аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом. Установлено, что клинические проявления воздействия радиоволн наиболее часто характеризуются видами патологий, относящимися к профессиональным заболеваниям: вегетативно-сенсорная дистония; астенический, астеновегетативный и гипоталамический синдромы; катаракта.

Вредное воздействие ионизирующих излучений на человека

Ионизирующие излучения, полученные в результате ядерных реакций, при воздействии на организм человека могут вызвать два вида эффектов: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Сложность в отслеживании процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, часто для развития болезни требуются годы или десятилетия. Последствия могут проявляться у последующих поколений (детей, внуков). Кроме того, вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений, они оказывают неодинаковое воздействие на организм:

–частицы (ядер гелия. Ядро атома имеет положительный заряд, т.е. это поток протонов) наиболее опасны, особенно при попадании в легкие или в ЖКТ, однако для него даже лист бумаги является непреодолимой преградой;

–излучение (поток электронов или позитронов, испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон. Нейтрино и антинейтрино —стабильные частицы, не обладающие зарядом и массой покоя), способно проходить в ткани организма на глубину один-два сантиметра; наиболее безобидное;

–излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью: его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Также различается чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению. Поэтому нормативным документом вводятся соответствующие коэффициенты чувствительности тканей:0,03 –костная ткань; 0,03 –щитовидная железа; 0,12 –красный костный мозг; 0,12 –легкие; 0,15 –молочная железа; 0,25 –яичники или семенники; 0,30 –другие ткани; 1,00 –организм в целом.

Для оценки степени воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани вводятся понятия различных «доз» облучения, характеризующих взаимодействия ионизирующего излучения со средой и получение ионизационного эффекта, при котором происходит поражение биологических тканей.

Вероятность поражения тканей зависит от суммарной дозы и от величины «дозировки» (когда доза получена человеком не однократно, а по частям), так как большинство органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз. Существуют дозы, при которых летальный исход практически неизбежен. Знания реакции организма на различные дозы необходимы для оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок/устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного радиационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения.

Среди распространенных раковых заболеваний, вызванных облучением, выделяются лейкозы. Оценка вероятности летального исхода при лейкозе более надежна, чем аналогичные оценки для других видов раковых заболеваний. Это можно объяснить тем, что лейкозы первыми проявляют себя, вызывая смерть в среднем через 10 лет после момента облучения. За лейкозами «по популярности» следуют: рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.

Воздействие радиологического излучения резко усиливается другими неблагоприятными экологическими факторами, например, курением (явление синергизма).

Что касается генетических последствий радиации, то они проявляются в виде хромосомных аберраций (в том числе изменения числа или структуры хромосом) и генных мутаций. Генные мутации проявляются сразу в первом поколении (доминантные мутации) или только при условии, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген (рецессивные мутации), что является маловероятным.

Ионизирующее излучение (ИИ) проникает в тело человека и в любые другие ткани на разную глубину в зависимости от вида и энергии этого излучения, а также плотности вещества или тканей, на которые оно воздействует. Отсюда и термин «проникающее излучение» как синоним термина «радиация». Все виды этой радиации не просто проходят сквозь ткани, а взаимодействуют с веществом, молекулами тканей, вызывая появление в них на короткое время электрически заряженных частиц –ионов. Отсюда и термин «ионизирующее излучение». В отличие от него видимый свет, ультрафиолетовые лучи не являются ни проникающими, ни тем более ионизирующими.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку объем легочной вентиляции очень большой и значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути, частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от дисперсности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород, щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через ЖКТ, и обычно не играет существенной роли.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ.

О влиянии невесомости на организм человека.

На самом деле на орбите нет невесомости. Поднимаясь на высоту примерно триста пятьдесят километров, космонавты оказываются в условиях так называемой микрогравитации. Это означает, что все предметы на космической станции имеют вес, но вес в разы меньший, чем на Земле.

Все эффекты, которые микрогравитация оказывает на человека, можно разделить на две категории.

Первые наступают в первые часы полета. Это нарушения вестибулярного аппарата, приводящие к временной потере пространственной ориентации, расстройство всех форм зрительных движений (причем микрогравитация влияет как на скорость, так и на точность зрительной реакции и перераспределение жидкостей в организме: кровь, лимфа и свободная вода приливают к верхней части туловища). Иначе говоря, космонавтов мутит, у них кружится голова, они не в силах выполнять сложные действия, связанные с координацией движений. Подобные расстройства вестибулярного аппарата называются также «космической болезнью движения» и проявляются примерно у половины всех космонавтов спустя 24 часа после начала полета. Ученые до сих пор не в силах детально объяснить природу их происхождения. При этом четко известно: примерно через 72 часа пребывания на орбите эти неприятные симптомы проходят.

Интересно, что Гагарин во время своего полета подобных нарушений не заметил (потому что пробыл в космосе всего полтора часа). А вот полет второго космонавта, Германа Титова, продлился чуть больше суток, и он в полной мере испытал все «прелести» пребывания на орбите.

Однако для здоровья гораздо опаснее вторая категория эффектов воздействия микрогравитации, которые проявляются лишь спустя месяцы пребывания на орбите.

В первую очередь это нарушения опорно-двигательного аппарата: при длительном воздействии микрогравитации у космонавтов снижаются сократительная способность мышечных волокон и минеральная плотность костной ткани, из организма вымывается кальций и другие минералы, возникает риск образования камней в почках.

Исследования космонавтов во время космических полетов длительностью несколько месяцев показали, что они могут терять до 1,0% костной массы каждый месяц, даже если продолжают тренироваться. Спустя 4-5 месяцев полета минеральная плотность костей настолько уменьшается, что по возвращении на Землю у космонавтов возможны спонтанные переломы. Кости теряют кальций неравномерно. Сильнее всего он вымывается из участков кости, которые формируют суставы, то есть испытывают наибольшую нагрузку в земных условиях. Также замедляется и процесс ремоделирования – постоянного обновления костной ткани.

Страдают не только скелетные мышцы, однако с недостатком физической нагрузки на борту орбитальных станций научились бороться. Есть и специальные «беговые» дорожки и нагрузочные костюмы, например, такие как российский «Пингвин» с силой притяга от 45 до 60 кг, который имитирует земное притяжение. Гораздо опаснее атрофия сердечной мышцы и общая анемия кроветворной системы. Дело в том, что сердечно-сосудистая система – самая гравитационно-чувствительная в организме человека, она рассчитана работу в условиях постоянной силы тяжести. И отсутствие гравитации приводит к уменьшению объема крови, мягкости вен, ослабленным барорецептивным рефлексам и сниженной ортостатической устойчивости.

Барорецепторы – это клетки, нервные окончания которых реагируют на давление крови. Барорецепторная система регулирует давление крови в верхней части тела, в каротидных артериях, которые снабжают мозг. Если давление снижается, именно барорецепторы включают систему поддержания давления. Но если давление падает слишком резко, барорецепторы не успевают сработать, и человек может потерять сознание. А ортостатическая устойчивость – это способность сохранять вертикальное равновесие, ведь «ортостаз» в переводе с латинского означает «прямо стою». Например, у больного, который месяцами лежит в постели, развивается ортостатическая недостаточность: любая попытка даже сесть вызывает большие трудности.

Микрогравитация влияет и на мозг. Так, исследования показали, что в коре мозга крыс, находившихся в условиях невесомости, снижалась функциональная активность синапсов. Кроме того, у них обнаружена дегенерация отростков нервных клеток. А вот плотность сети кровеносных капилляров, наоборот, была повышена.

Причина большинства изменений в организме человека в условиях микрогравитации до конца не ясна. Однако уже сейчас понятно, что на воздействие «невесомости» откликаются все уровни организма, вплоть до клеточного. Особенно микрогравитация влияет на развивающиеся клетки: в них тормозиться процесс синтеза белка, формирования клеточной оболочки и цитоскелета, который помогает клеткам сохранять свою форму. Структурные элементы цитоскелета – актиновые нити, которые в норме равномерно заполняют объем клетки, сдвигаются к краям. При этом изменяется функционирование и рецепторов, и ионных каналов. Клетка как бы адаптирует свою жизнедеятельность под уменьшенную гравитацию.

Впрочем, практически все нарушения, вызванные воздействием микрогравитации, исчезают при возращении на Землю. Хотя процесс обратной адаптации к земным условиям может затянуться на годы.

А зачем все эти исследования нужны обычному человеку? Очень просто – уже сегодня ряд технологий и методик, разработанных в помощь космонавтам, успешно используются при лечении. Так, с помощью нагрузочных костюмов (имитирующих земное тяготение на орбите) сейчас лечат детский церебральный паралич, инсульт, болезнь Паркинсона. Ученые ведут исследования по фармакологическому воздействию на водно-солевой обмен и изучают поведение мышечных ферментов у космонавтов – их данные могут помочь в открытии новых способов лечения такого тяжелого заболевания, как миопатия. Так что космическая медицина только начинает служить человеку.