Проекты

Инновационный метод защиты городского населения от шума урбанизированных территорий

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Безопасность жизнедеятельности человека»

Направление работы: Экология, Биология
Авторы работы: ГБОУ Гимназия № 1516
Предметы: Физика, Биология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 2020 года

Актуальность

Внимание к состоянию окружающей среды и её влиянию на здоровье человека непрерывно растёт с увеличением производства и народонаселения.

На сегодняшний день акустическое загрязнение является одним из важных факторов вредного влияния на окружающую среду и здоровье человека. Жители современных городов постоянно находятся в условиях шумового дискомфорта. Шумовое загрязнение становится причиной многих заболеваний, длительное воздействие шума ведёт к снижению производительности труда, к ухудшению качества жизни и значительным экономическим потерям.

В профилактике вредного воздействия шумов на организм ведущее место занимают технические средства борьбы. Борьба с вредным воздействием шумов может проводиться в основном двумя путями: уменьшением шума в источнике его образования конструктивными, технологическими и эксплуатационными мероприятиями, а также снижением шума по пути его распространения средствами звукоизоляции и звукопоглощения.

Цель

Сконструировать модель акустического экрана на основе резонатора Гельмгольца и определить его эксплуатационные возможности.

Задачи

1. Изучить научную литературу по данной тематике.

2. Рассмотреть характеристики поглощения звука резонатором Гельмгольца.

3. Создать экспериментальную установку и разработать методику проведения исследования.

4. Оценить влияние агрессивной звуковой среды мегаполиса на физические показатели развития школьников 10 – 17 лет.

5. Провести экспериментальные исследования и проанализировать полученные результаты.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Цифровая лаборатория Relab Standard

• Акустический экран из пластиковых бутылок

Описание

Работа посвящена исследованию возможности использования резонатора Гельмгольца в качестве шумопоглощающего устройства. Резонатор Гельмгольца, относящийся к основным элементам глушителей шума, – это акустический прибор, представляющий собой сосуд сферической формы с открытой горловиной. Для данного прибора характерно явление резонанса. Оно подразумевает возрастание амплитуды колебаний воздуха в полости. Особое внимание уделено негативному влиянию акустического загрязнения окружающей среды на здоровье человека. У населения, проживающего в шумных районах, чаще выявляются церебральный атеросклероз, астенический синдром, наблюдается увеличенное содержание холестерина в крови.

1. Был проведён анализ состава транспортных потоков на одной из самых загруженных развязок города Москвы, где восьмиполосное Щёлковское шоссе переходит в четырёхполосную дорогу в посёлок Щитниково. При изучении транспортных потоков на Щёлковском шоссе использовался материал программы «Вести. Неделя в городе» от 15.12.2019. На основании стоп-кадра (4.25–4.28 мин. репортажа) были получены результаты (среднее значение) по составу транспортных потоков.

2. В исследовании по определению зависимости частоты сердечных сокращений от шума приняли участие 79 учеников школы (1, 4, 9–11 классы). Измерения проводили с помощью пульсометра цифровой лаборатории Relab Standard. Разновозрастным группам обучающихся для прослушивания были предложены записи с различными видами автотранспортных шумов. У 50 человек (63,3%) было выявлено увеличение частоты сердечных сокращений.

3. Был проведён анализ собственной частоты резонатора Гельмгольца в зависимости от глубины полости резонатора и глубины воздушной полости горла. Использовали условие: когда вода наливается в бутылку (модель), образуется звук определённого тона, поскольку воздух в бутылке начинает колебаться. Высота этого тона повышается по мере уменьшения объёма воздуха в бутылке.

Поскольку звуковая волна распространяется в среде в виде зон сжатия и разрежения плотности, а в газах плотность и давление связаны соотношением, то в областях сжатия среды давление будет выше статического атмосферного, а в зонах разрежения – ниже. Если поставить в какой-то точке среды измерительный прибор, например, микрофон, то он покажет изменение давления при прохождении через эту точку среды звуковой волны (зон сжатия – разрежения).

Размещение резонатора проводилось на расстоянии 0,5 м от источника звука. Частота входной и выходной звуковой волны фиксировалась датчиками цифровой лаборатории Relab Standard. Звуковая волна воспроизводила запись звука на развязке Щёлковское шоссе – МКАД.

4. Автором был изготовлен акустический экран на основании резонатора Гельмгольца, и определена его добротность. Акустический экран помещался в пластиковый контейнер размером 0,8м х 1м х 1м. В контейнере устанавливались источник звука (колонки) и датчик звукового давления, подключённый к ноутбуку с установленной на нём программой Relab. 

Результаты

В ходе исследования по прослушиванию записи городского шума обнаружено увеличение ЧСС у 63,3 % обучающихся, следовательно, шум урбанизированных территорий отрицательно влияет на здоровье подростков.

Добротность отдельного резонатора составляет 1,31.

Добротность акустического экрана составляет 1,64, следовательно, шумопоглощающий экран данного типа можно рекомендовать к использованию в городских условиях.

 

Выводы

1. Резонатор Гельмгольца – препятствие, весьма сильно рассеивающее звук на своей резонансной частоте.

2. Добротность акустического экрана выше добротности отдельного резонатора, следовательно, его использование для защиты населения от шумового загрязнения более эффективно.

Перспективы использования результатов работы

Акустический экран данного типа можно использовать в городских условиях в качестве шумопоглощающего защитного экрана, так как он сможет обеспечить частичную защиту от агрессивной звуковой среды.

Кроме этого, такой способ изготовления акустического экрана будет способствовать повторному использованию пластиковой тары.

Мнение автора

«Данная работа позволила разобраться в актуальной теме и провести исследования, которые дали результаты. Это было интересно. Благодарю конференцию «Старт в медицину» за предоставленную возможность»