DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Liceum Ogólnokształcące im. Bogusława X w Białogardzie Opiekun: Ewa Jacewicz ID grupy: 97_58_MF_G1 Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Hałas wokół nas Semestr/rok szkolny: semestr v , rok szkolny 2011/2012

3. Wprowadzenie Tematyka: Hałas i jego skutki Cele: Rozwój wiedzy z zakresu matematyki i fizyki dotyczącej obliczania logarytmów o podstawie 10, statystycznych metod prezentowania danych, dźwięku i jego własności, oraz wpływu fali akustycznej na zdrowie człowieka. Zadania: Wykonanie zestawu plansz prezentujących własności dźwięku.

4. Hałas wokół nas • Co to jest hałas? • Rodzaje hałasu • Ruch falowy • Zjawiska towarzyszące ruchom falowym • Fala akustyczna • Ciśnienie akustyczne i jego poziom • Czym jest dźwięk? • Podział dźwięku ze względu na częstotliwość • Fizyczne aspekty dźwięku • Głośność dźwięku • Poziom głośności • Hałaśliwość i cień akustyczny • Skutki hałasu • Hałas a podstawy prawne • Sposoby skutecznej ochrony przed hałasem • Międzynarodowy dzień świadomości zagrożenia hałasem

5. Co to jest hałas? • Hałasem przyjęto określać wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na narząd słuchu i inne zmysły oraz części organizmu człowieka.

6. Rodzaje hałasu Pod wpływem źródła i miejsca występowania, hałas możemy sklasyfikować: • Hałas przemysłowy • Hałas komunikacyjny (drogowy, kolejowy, lotniczy) • Hałas komunalny (osiedlowy) • Hałas mieszkaniowy (domowy)

7. Ruch falowy • Ruch falowy to rozchodzenie się w przestrzeni różnego rodzaju drgań, czyli zaburzeń stanu ośrodka. W zależności od ośrodków oraz charakteru zaburzeń rozróżnia się fale: mechaniczne (w tym sprężyste), elektromagnetyczne i f. materii (tzw. f. de Broglie'a).

8. Zjawiska towarzyszące ruchom falowym • Interferencja • Refrakcja (załamanie się fali) • Dyfrakcja • Odbicie

9. Interferencja • Interferencja fal to zjawisko nakładania się na siebie fal zgodnie z zasadą superpozycji. Zwykle dochodzi do tego gdy falę te pochodzą z tego samego źródła lub/i mają takie same lub prawie takie same częstotliwości.

10. Refrakcja • Refrakcja to zmiana kierunku rozchodzenia się fal wywołana przejściem do środowiska o odmiennych warunkach ( np. innej temperaturze, ciśnieniu czy gęstości). Następuje wtedy zmiana prędkości, która powoduje zmianę długości fali, ale nie jej częstotliwości.

11. Dyfrakcja • Dyfrakcja to zjawisko ugięcia się fali ( zmiany kierunku jej rozchodzenia) na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Ma ono miejsce przy przeszkodach o dowolnej wielkości, jednak najlepiej widoczne jest w przeszkodach o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

12. Odbicie • Odbicie to zjawisko zmiany kierunku fali na granicy dwóch ośrodków powodujące rozchodzenie się jej w tym samym środowisku. Zachodzi, gdy fala spotka na swej drodze nieprzenikliwą przeszkodę.

13. Fala akustyczna • Fala akustyczna – to rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka. Falą akustyczną nazywa się zarówno falę, która powoduje wrażenie słuchowe (dźwięk), jak i fale o częstotliwościach i amplitudach przekraczających zakres ludzkich zmysłów, ponieważ właściwości fizyczne tych fal są bardzo podobne.

14. Ciśnienie akustyczne • Ciśnienie akustyczne – zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Ciśnienie akustyczne opisuje natężenie dźwięku i wyraża się w Paskalach. • Najmniejsze ciśnienie akustyczne, które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe wynosi 2·10-5 Pa. Jest to ciśnienie odniesienia, oznaczane p0.

15. Poziom ciśnienia akustycznego • Poziom ciśnienia akustycznego jest to bezwymiarowa wielkość przedstawiona w skali logarytmicznej opisująca stosunek średniego kwadratu ciśnienia akustycznego do tzw. ciśnienia odniesienia. Poziom ciśnienia akustycznego pozwala na łatwe uszeregowanie sygnałów akustycznych ze względu na ich natężenia; operowanie wartościami ciśnienia byłoby kłopotliwe ze względu na dużą rozpiętość ich skali. Na przykład układ słuchowy człowieka może percypować dźwięki o wartościach od ok. 20 [μPa] do ok. 20 [ Pa]. Dzięki zastosowaniu pojęcia poziomu ciśnienia akustycznego, cała dynamika słuchu może być opisana liczbami z zakresu od 0 do 120, a nie od 0,00002 do 20.

16. Czym jest dźwięk? • Dźwięk to fala akustyczna rozchodząca się w ośrodku sprężystym lub wrażenie słuchowe wywołane tą falą. Przyjmuje się, że człowiek słyszy dźwięki o częstościach od 16 Hz do 20 kHz. Drgania o mniejszej częstości to infradźwięki, a o wyższej ultradźwięki. Najlepiej słyszalne są dźwięki o częstości ok. 1000 Hz.

17. Podział dźwięków ze względu na częstotliwość • Ultradźwięki, fale akustyczne o częstotliwości wyższej niż 16 kHz (tj. przekraczającej górny próg słyszalności dla człowieka) i niższej od 100 MHz (hiperdźwięk). W naturze ultradźwięki emitowane są przez niektóre ssaki (m.in. nietoperze i delfiny) i wykorzystywane przez nie do echolokacji. • Infradźwięki, fale akustyczne (dźwięk) o częstotliwości mniejszej od 20 Hz. Infradźwięki nie są słyszane przez człowieka, lecz przy odpowiednim poziomie ciśnienia akustycznego mogą oddziaływać powodując zaniepokojenie, nudności itp. • Hiperdźwięk, dźwięk (fala sprężysta) o częstotliwości ponad 100 MHz, dla hiperdźwięku długość fali akustycznej jest porównywalna z długością fal świetlnych.

18. Fizyczne aspekty dźwięku • Ton lub ton prosty – dźwięk prosty mający sinusoidalny przebieg o ściśle określonej częstotliwości, amplitudzie i fazie. Dźwięk taki można wytworzyć przy pomocy kamertonu lub generatora elektro-akustycznego. • Wieloton – dźwięk składający się z tonów o dowolnej częstotliwości. Dzieli się na wieloton harmoniczny( dźwięk o określonej wysokości, złożony z alikwotów.) i wieloton nieharmoniczny (dźwięk o przybliżonej wysokości, złożony ze składowych nieharmonicznych). • Szumy – sąto dźwięki mający widmo ciągłe, tzn. częstotliwości tych dźwięków zapełniają pewien przedział.

19. Głośność dźwięku • Głośność – cecha wrażenia słuchowego, która umożliwia odróżnianie dźwięków cichszych i głośniejszych. Jest pojęciem psychoakustycznym i nie może być utożsamiana z parametrami fizycznymi, chociaż od nich zależy, np. od ciśnienia, struktury widmowej, czasu trwania. Wrażenie głośności określa się przez poziom głośności w fonach lub przez głośność w sonach.

20. Poziom głośności • Poziom głośności – wielkość będąca porównawczą miarą głośności dźwięku w odniesieniu do głośności tonu wzorcowego, wyrażona w fonach. • Poziom głośności dowolnego dźwięku w fonach jest liczbowo równy poziomowi ciśnienia akustycznego tonu o częstotliwości 1 kHz, który brzmi jednakowo głośno jak ten dźwięk. Zmieniając częstotliwość badanych tonów można wyznaczyć krzywe jednakowego poziomu głośności czyli izofony. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności, ale nie muszą być to dźwięki identyczne w sensie barwy. • Korzystając z poziomu głośności można ocenić, czy dany dźwięk jest cichszy czy głośniejszy od innego, ale nie można stwierdzić ile razy • Aby stwierdzić, ile razy głośniej dany dźwięk jest słyszany niż inny, należy skorzystać z subiektywnej skali głośności, wyrażonej w sonach.

21. Hałaśliwość i cień akustyczny • Hałaśliwość określa dokuczliwość hałasu i wyraża się w noysach, przy czym jeden noys jest to hałaśliwość wstęgi hałasu w granicach 910- 1090 Hz i poziomie ciśnienia akustycznego 40 dB. • Cień akustyczny to obszar do którego nie dochodzi dźwięk. Granice cienia akustycznego są rozmyte (podobnie jak granice cienia świetlnego), co jest wynikiem różnego dla różnych zakresów częstotliwości kąta uginania się fal akustycznych na krawędzi przeszkody. (dyfrakcji)

22. Skutki hałasu • Hałas atakuje układ nerwowy • Zakłóca życie zwierząt • Zwiększa się przemęczenie i znużenie • Chwilowe zmiany funkcji autonomicznych • Nieprawidłowości w funkcjonowaniu aparatu słuchowego • Dolegliwości układu krwionośnego i układu krążenia

24. Hałas a podstawy prawne • Według Dyrektywy 2002/49/WE żaden mieszkaniec UE nie powinien być narażony na hałas o poziomie zagrażającym zdrowiu lub jakości życia. Poziomy ekspozycji na hałas w porze nocnej: ekspozycja populacji na hałas o poziomie powyżej 65 dB powinna zostać zlikwidowana; pod żadnym pozorem nie wolno dopuścić na ekspozycję na hałas o poziomie powyżej 85 dB. Dopuszczalny poziom hałasu w terenie zabudowanym w porze dziennej wynosi 60 dB (od 6.00 do 22.00); w porze nocnej - 50 dB.

25. Sposoby skutecznej ochrony przed hałasem

26. Sposoby natury technicznej • Zamiana hałaśliwego procesu produkcji na mniej hałaśliwy. • Zautomatyzowanie produkcji i odsunięcie człowieka od szkodliwych czynności. • Zastosowanie specjalnych urządzeń i maszyn, które ograniczają ilość wytwarzanego hałasu. • Ekranowanie, czyli stawianie przeszkód w postaci np. gęstego pasa zieleni, budynków niemieszkalnych czy specjalnych ekranów akustycznych. • Lokalizowanie budynków mieszkalnych z dala od tras komunikacyjnych. • Wymiana stolarki okiennej i izolacja ścian budynków. • Wykonywanie budynków z zaprojektowanymi ekranami na elewacji. • Tworzenie antywibracyjnych torów.

27. Sposoby natury administracyjnej i państwowej • Wprowadzenie norm i normatyw. • Uchwalanie ustaw, zarządzeń i przepisów mających na celu zwalczanie hałasu. • Odpowiednia organizacja pracy. • Właściwa organizacja ruchu.

28. Międzynarodowy Dzień Świadomości Zagrożenia Hałasem • Międzynarodowy Dzień Świadomości Zagrożenia Hałasemtoświęto stworzone przez Ligę Niedosłyszących w celu zwrócenia uwagi na powszechne występowanie hałasu w życiu ludzi, jego wpływu na zdrowie i zwiększanie świadomości występowania tego szkodliwego zjawiska. Po raz pierwszy było obchodzone w roku 1995 przez Ligę Niedosłyszących. Obchody tego dnia w Polsce zapoczątkowało Towarzystwo Higieny Akustycznej w roku 2000. Święto jest obchodzone co roku na świecie i przypada w kwietniu. Początkowo jego data była ruchoma i przypadało ono zazwyczaj w ostatnią środę kwietnia aż do roku 2006, kiedy to ustalono ją na 25 kwietnia Święto jest często nazywane Dniem Hałasu.

29. Przykłady ze świata

30. Ekran akustyczny Sztuczna przeszkoda, ustawiona na drodze między źródłem hałasu, a punktem obserwacjiizolującaoraz pochłaniająca dźwięk.

31. Pas zieleni Rośliny tworzą naturalna barierę przed hałasem.

32. Startujący samolot

33. Hałas miejski

34. Autostrada

35. Dźwięk odkurzacza

36. Koncert heavy metalowy Pojęcie hałasu bywa często subiektywne.

37. Wzory i prawa • Długość fali • Częstotliwość • Okres • Zasada Huygensa • Natężenie dźwięku • Poziom ciśnienia akustycznego

39. Długość fali • Długość fali najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali).

40. Częstotliwość fali • Częstotliwość (częstość) określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu.

41. Okres fali • Okres czas wykonania jednego pełnego drgania w ruchu drgającym, czyli czas pomiędzy wystąpieniami tej samej fazy ruchu drgającego. Okres fali równy jest okresowi rozchodzących się drgań.

42. Zasada Huygensa • Zasada sformułowana przez Christiaana Huygensa mówiąca, iż każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali można uważać za źródło nowej fali kulistej. Fale te zwane są falami cząstkowymi i interferują ze sobą. Wypadkową powierzchnię falową tworzy powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni fal cząstkowych i ją właśnie obserwujemy w ośrodku.

43. Natężenie dźwięku • Natężenie dźwięku – miara energii fali akustycznej, której jednostką jest W/m2. Jest ona równa średniej wartości strumienia energii akustycznej przepływającego w czasie 1 s przez jednostkowe pole powierzchni (1 m2) zorientowanej prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. • P - moc fali dźwiękowej w watach [W] • S - pole powierzchni, na którą pada energia dźwiękowa wyrażone w "metrach kwadratowych" [m2].

44. Poziom ciśnienia akustycznego • Poziom ciśnienia akustycznego zdefiniowany jest wzorem: Gdzie: - średni kwadrat ciśnienia akustycznego, - wartość ciśnienia odniesienia. Wartość poziomu ciśnienia akustycznego podaje się w dB SPL

45. Słownik pojęć • Fon • Decybel (dB) • Son • Bel • Próg bólu

46. Fon - jednostka poziomu głośności wyrażona w skali decybeli, 1 fon odpowiada poziomowi głośności dźwięku o częstotliwości równej 1 kHz i o poziomie ciśnienia akustycznego 1 dB (1 fon = 1 dB, przy 1kHz). • Son - jednostka głośności. 1 son odpowiada 40 fonom przy częstotliwości dźwięku 1 kHz. • Bel - jednostka miary wielkości ilorazowych • Decybel - logarytmiczna jednostka miary równa 1/10 bela.

47. Próg bólu – wartość ciśnienia akustycznego, przy której ucho odczuwa wrażenie bólu. Jest ona słabo zależna od częstotliwości i wynosi 140 dB dla dźwięków sinusoidalnych oraz 120 dB dla szumów. Wrażenie bólu wywołane jest reakcją mięśni bębenka i kosteczki ucha środkowego na impulsy wysokiego ciśnienia akustycznego. Reakcja ta ma na celu ochronę aparatu słuchowego przed ewentualnymi uszkodzeniami.

48. Zadanie. • W tabeli podano natężenie niektórych dźwięków. Oblicz poziom głośności (wyrażony w decybelach) dla koncertu rockowego i szeptu, korzystając ze wzoru:

49. Rozwiązanie Koncert rockowy: Szept: Odpowiedź: Poziom głośności dla koncertu rockowego wynosi 110dB, a dla szeptu 20dB.

50. Podsumowanie • Hałas towarzyszy nam w życiu codziennym i jest pojęciem subiektywnym. • Jego nadmiar jest niebezpieczny dla zdrowia i życia. • Każdy obywatel UE powinien być chroniony przed nadmiernym hałasem. • Dźwięk, który słyszymy jest falą sprężystą, podłużną. NIE HAŁASUJ, DBAJ O ZDROWIE!