§40–41. Особенности воздействия электромагнитных и звуковых волн на организм человека

Цель изучения этой темы: объяснить воздействия электромагнитных и звуковых волн на организм человека.

Какие структуры у нас в организме воспринимают свет, тепло, иные виды излучений? Что такое звук? Какой орган чувств его воспринимает? Что такое барабанная перепонка?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 38, 39 – учебник для 8 класса.

  Электромагнитные волны – слишком широкое понятие, включающее в себя различные виды излучения, начиная от радиоволн и света и заканчивая жестким γ-излучением, т. е. радиацией. Невозможно однозначно сказать о влиянии электромагнитных волн на организм человека. Прежде чем говорить об этом, вспомним само понятие «электромагнитные волны».
  Электромагнитной волной называют электромагнитное поле без источников, распространяющееся в виде волны (волн) с конечной скоростью, которая в вакууме равна скорости света. Иными словами, электромагнитные волны (ЭМВ), или колебания, – это распространяющееся электромагнитное поле (способное существовать в вакууме и в отсутствие источников – зарядов и токов).

  В отличие от статического электрического и магнитного полей, которые не существуют в отрыве от источника энергии, электромагнитная волна существует без источника в том смысле, что после ее излучения электромагнитное поле не связано с источником.

  ЭМВ распространяются в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств окружающей среды (сквозь которую они и проходят). То, что Герцу удалось экспериментально доказать, что скорость, с которой распространяются ЭМВ в вакууме, равняется скорости света, доказывает, что свет тоже является электромагнитной волной определенной длины.
  Последующие исследования физиков подтвердили, что радиоволны, свет, рентгеновские лучи и гамма-излучение представляют собой не излучения различной природы, а электромагнитные волны с различной длиной волны. Приведем перечень ЭМВ с их основными характеристиками в табл. 7.

Таблица 7. Типы электромагнитных волн и их основные характеристики

  Примечание: таблица дается не для запоминания или воспроизведения, а для сравнения электромагнитных характеристик различных природных явлений.

  Влияние ЭМВ на организм человека. Всем понятно, что влияние будет сильно зависеть от типа волны. Ведь влияние простого видимого света на организм человека явно отличается от влияния рентгеновских волн, а влияние радиоволн будет отличаться от воздействия γ-излучения. Понятно, что чем меньше частота волны, тем безопаснее она для организма человека. Но и это не все. Влияние будет зависеть и от силы и продолжительности воздействия на организм, а также от того, через какие среды проходила волна перед тем, как воздействовать на человека.
  На скорость и характер распространения электромагнитных волн существенно влияет среда, в которой они распространяются. Проходя через реальные среды, обязательно испытывают преломление, дифракцию, интерференцию, отражение и другие явления, свойственные волнам любой природы.

  Если среда неоднородна или содержит поверхности, на которых изменяются ее электрические или магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся электромагнитных волн может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны.

  Источником электромагнитных волн может быть любой электрический проводник-электропровод, по которому течет переменный электрический ток. Фактически источником техногенных ЭМВ является любой электроприбор, радио- или телевизионная антенна (радио и телевизор), электропровода с проходящим по ним электричеством.

  Источники с частотой 3.105– 3.1012 Гц и длиной волны λ – 3.105 м – генераторы радиочастот, СВЧ-генераторы, ламповые генераторы и т. д.), именно на этих технологиях использования СВЧ-излучения работают микроволновые печи.

  Не нужно думать, что до появления достижений науки и техники в природе не существовало ЭМВ. Есть природные источники радиации и так называемый естественный радиационный фон. Даже солнечный свет представляет собой один из видов ЭМВ.
  Если электромагнитные волны поглощаются или отражаются телами, то, следовательно, они должны оказывать на тела давление. Когда волна поглощается, ее импульс передается тому объекту, который ее поглощает. Значит, при поглощении ЭМВ оказывает давление на преграду. Однако считается, что величина этого давления ничтожно мала. Существование давления электромагнитных волн впервые экспериментально было обнаружено П. Н. Лебедевым в 1900 г.
  ПДК некоторых видов электромагнитных излучений установлены совершенно четко. Самые опасные из них – радиация, т. е. гамма-излучение и рентгеновское излучение (приводятся в Приложении 1 в конце данного учебника).
  Что касается влияния таких видов излучения, которые возникают вокруг бытовых электроприборов, стандартных проводов электропроводки, используемых в жилых помещениях, микроволновых печей, сотовых телефонов, мобильных устройств интернет-связи Wi-Fi и т. д., до сих пор, несмотря на массу исследований, их воздействие окончательно не выяснено. Периодически те или иные исследовательские группы заявляют, что какие-то из видов бытовых излучений чрезвычайно опасны. Вслед за этими заявлениями находятся иные лаборатории или группы исследователей, которые приводят прямо противоположные данные. Во всяком случае ПДК на использование радиоприемников, телевизионных антенн, телефонных или иных электрических кабелей и мобильных устройств связи пока не существует. Бесспорно, что вышеперечисленные технические средства, используемые людьми, являются источником электромагнитного излучения. Однако степень их опасности остается спорной. Косвенным доказательством того, что опасность в принципе есть, служит рост онкологических заболеваний среди населения Земли. Если 40–50 лет назад онкология не была даже в «пятерке» среди причин смертности населения, то сейчас она прочно занимает третье место после сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний (см. Приложение 2 в конце данного учебника). Конечно, эта проблема может быть связана и с использованием химических веществ (в качестве пищевых добавок, упаковочных материалов, пестицидов, бытовой химии и т. д.), и с появлением озоновых дыр, ослабляющих защиту от солнечной радиации и ультрафиолетового излучения, и с повышением радиоактивного фона в связи с испытаниями ядерного оружия и авариями на АЭС. Но как бы то ни было, ради заботы о собственном здоровье лучше стараться минимизировать воздействие ЭМВ на ваш организм.
  Влияние звуковых волн на организм человека неоднозначно. В первую очередь следует отметить, что человек воспринимает с помощью органа слуха звук определенного диапазона. Слышимый нами звук – это механическая волна с частотой от 20 до 20 000 Гц.
  Нашим органом слуха не воспринимается звук более низкой частоты. Это инфразвук с частотой волны меньше чем 20 Гц.
  Ультразвук называют более высокочастотным. Это акустическая волна с частотой больше, чем 20 000 Гц.

  Как влияют на наш организм те звуки, которые мы не слышим? По мнению одних исследователей, их влияние может быть резко отрицательным, по мнению других – оно столь ничтожно, что не стоит уделять внимание данному вопросу. Некоторые исследователи считают, что воздействие инфразвука может вызвать у человека чувство дискомфорта, беспокойство, а при длительном воздействии – тошноту, снижение остроты зрения, звон в ушах и другие негативные явления. Делались даже попытки разрабатывать звуковое оружие, однако официальных и достоверных данных по этому вопросу нет.

  Мы будем рассматривать влияние только тех звуков, которые слышим. Давно замечено, что резкие громкие звуки, как и более высокие по тональности, действуют на психику человека возбуждающе, а плавные, переливчатые, как и более низкие по тональности, – успокаивающе. С трудом воспринимаются любые звуки, находящиеся близко к порогам чувствительности, будь это как слишком громкий или тихий звук, так и слишком высокий или низкий. Но если тихие и низкие звуки воспринимать сложно и зачастую неприятно, то при воздействии высокого и громкого звука легко можно получить повреждение органов слуха, например растяжение барабанной перепонки. Поэтому желательно избегать влияния любых звуков, находящихся на границах силы звука и диапазонов их частот.
  Шумовое загрязнение – отдельное понятие, существующее в экологии человека. Это превышение естественного уровня шумового фона или ненормальное изменение характеристик звука, а именно периодичности, силы тональности и т. д. В общем, это раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека. Шумовое загрязнение приводит к повышенной утомляемости человека и животных, понижению производительности труда, физическим и нервным заболеваниям. Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства – автомобили, железнодорожные поезда и самолет.
  Величина превышений доходит до следующих значений:
  • 20–25 дБА (акустический децибел) на территориях вблизи автотрасс;
  • до 30–35 дБА для квартир жилых домов, обращенных в сторону крупных автотрасс (без шумозащитного остекления);
  • до 10–20 дБА вблизи железных дорог при движении поездов;
  • до 8–10 дБА на территориях, подверженных периодическому воздействию авиашума (авиационный шум);
  • до 30 дБА при несоблюдении установленных требований при ведении строительных работ в ночные часы.
  Замечено, что слух у 20-летних жителей крупных городов такой же, как у 70-летних стариков, проживающих высоко в горах. У 25-летних жителей мегаполисов слух уже значительно хуже. Возможно, в данном случае виновато не только шумовое загрязнение, но и прослушивание громких звуков через наушники, различные акустические системы, постоянное использование мобильной связи и т. д.
  Замечено, что негромкие звуки природы: шум прибоя или водопада, пение птиц, шелест листвы под ветром и т. д., – благотворно сказываются не только на состоянии органа слуха, но и на работе организма в целом.
  Говоря о влиянии звуков на организм человека, невозможно обойти вниманием влияние музыки. По мнению Пифагора: «Всякая мелодия синхронизирует работу внутренних органов человека. Когда звучит мелодия, ее колебания налагаются на колебания организма и получается, что мы испытываем на себе благотворную вибрацию».
  Античные ученые исследовали мир только путем наблюдений и умозаключений. Современная же наука ставит эксперименты. Именно в экспериментах, поставленных в Швейцарии и СССР (РСФСР и Белорусская ССР), было доказано, что при прочих равных условиях прослушивание классической музыки коровами в условиях стойлового содержания повышает удои молока.
  В 2005 г. ученые из Великобритании выяснили, что прослушивание предпочтительной музыки во время тренировок помогает спортсменам увеличить результативность. Следовательно, влияние именно той музыки, которую предпочитает человек, действует на организм спортсмена стимулирующе.
  Кроме того, доказано, что регулярное прослушивание жизнерадостных классических композиций имеет такие эффекты:
  1) ускоряет восстановление после операций (в том числе сердечно-сосудистых);
  2) повышает настроение, что способствует улучшению циркуляции крови, снижению давления и сердцебиения, расширению сосудов.
  В результате происходит более быстрое восстановление работы сердца.
  Не все классические произведения применимы в качестве терапевтических. Существуют и определенные «показания». Также многие специалисты убеждены, что не только жанр, ритм и тональность произведения имеют значение, но и то, на каком именно музыкальном инструменте было сыграно произведение или отдельная мелодия.

  Ученые из университета Юта выяснили, что музыка активизирует сенсорные пути, приглушающие болевые ощущения. Для эксперимента были отобраны 143 человека, склонных к тревожности из-за боли. В то время, как они слушали приятную музыку, к их пальцам подносились электроды, вызывающие незначительную боль. В итоге музыка помогала снизить у испытуемых тревогу и уменьшить болевой порог. Может, благодаря пению и возникающему из-за него эмоциональному вовлечению бурлакам на Волге натертые в кровь мозоли не причиняли такой боли?
  Ученые из Гонконга выяснили, что занятия музыкой развивают память и умственные способности детей. Их продолжительные наблюдения доказали, что без каких-либо специальных упражнений память человека улучшалась пропорционально тому, насколько долго он в детстве занимался музыкой.
  Музыка предотвращает потерю слуха. Это было выяснено в ходе одного из простых экспериментов. 163 испытуемым, 74 из которых были бывшими музыкантами, предложили пройти несколько тестов, результаты которых показали, что даже 70-летние музыканты слышат речь в шумной обстановке и воспринимают звуки лучше, чем 50-летние не музыканты.

  Следует всячески избегать негативных воздействий как на свой организм, так и на организмы окружающих. Пытайтесь вести себя так, чтобы извлекать максимальную пользу из окружающих вас звуков и исключать или по возможности уменьшать любое вредное воздействие.

  Электромагнитные волны (ЭМВ), естественный радиационный фон, шумовое загрязнение.

Знание и понимание
1. Как вы понимаете, что такое волна с точки зрения физики?
2. Перечислите, какие электромагнитные волны вы знаете.
3. Определите связь между наличием природного электромагнитного излучения в естественной среде и его количеством, возникающим в результате техногенных процессов.

Применение
1. Кто из ученых доказал, что скорость распространения ЭМВ в вакууме равняется скорости света? Как это открытие отразилось на понимании природы самого света?
2. Приведите примеры того, как технический прогресс оказывает влияние на человека через разные виды излучения.
3. Приходилось ли вам использовать волновые колебания, чтобы поднять себе настроение? Если да, то какие?

Анализ
1. Изобразите в виде схемы различные явления волновой природы, положительно и отрицательно влияющие на организм человека. Постарайтесь отразить максимальное число явлений, указав вредные, полезные и безопасные характеристики воздействия волн.
2. Докажите на примерах (как личного опыта, так и известных из художественной и научной литературы) влияние музыки на живые организмы. Какие положительные и отрицательные стороны в этом вы видите?
3. Выскажите ваше мнение о влиянии шумового загрязнения на здоровье человека.
4. Проанализируйте влияние музыки на здоровье, самочувствие и моральное состояние людей и других млекопитающих животных.

Синтез
1. Порассуждайте, почему существует ограничение на прохождение процедуры рентгена легких (не чаще чем 1 раз в полгода).
2. Объясните, почему, подвергаясь постоянному воздействию излучения Солнца, наша планета стала обитаемой. Что, на ваш взгляд, сыграло важнейшую роль в том, что на Земле зародилась жизнь: 1) то, что она является третьей планетой от Солнца, 2) длительность воздействия света, т. е. смены дня и ночи, или 3) роль первых фотосинтезирующих живых организмов? Аргументируйте вашу точку зрения.

Оценка
1. Напишите реферат о влиянии излучений бытовых электроприборов на организм человека.
2. Оцените смоделированную ситуацию.
В одной из лабораторий при исследовании влияния ЭМВ на живые организмы в опыте использовали двух мышей, которые, находясь в изолированных капсулах, подвергались воздействию волн. На одну мышь воздействовали волной длиной 315 нм 3 часа в день в течение месяца, а на другую – 250 нм, но между организмом мыши и источником волн стояло отражающая пластина.
Предположите, как изменится состояние животных.
3. Обсудите высказывания ученых.
– Использование музыки при повышении спортивных результатов в отличие от допинга безопасно.
– Трансляция классических произведений в коровниках обходится дешевле, чем использование кормовых добавок.

×
×

Корзина