Сила fm направлена в сторону, противоположную ускорению.

Сила действия упругого элемента, т.е. восстанавливающая сила, будет направлена в противоположную сторону и равна

F_G = G^.x, (10.5)

где G – коэффициент жесткости упругого элемента, Н/м; x = x₁ – x₀ – смещение конца упругого элемента, м.

При вибрации упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в местах соединений деталей конструкции. Эти потери вызываются силами трения (диссипативными силами), на преодоление которых необратимо рассеивается энергия источника вибрации.

Если рассеяние энергии происходит в элементе демпфирования, т.е. в среде с вязким сопротивлением, то диссипативная демпфирующая сила F_S прямо пропорциональна виброскорости v:

F_S = S^.v, (10.6)

где S – импеданс (сопротивление) элемента демпфирования, Н^.м/с.

Импеданс вибросистемы складывается из импедансов элемента демпфирования, массы и упругости. Импеданс вибросистемы имеет минимальное значение в резонансной области, где он определяется импедансом элемента демпфирования. Вне резонансной области импедансом S можно пренебречь. В диапазоне высоких частот движение определяется вибрирующей массой, M а в диапазоне низких частот – жесткостью системы G.

Коэффициент потерь энергии с учетом импеданса составит

 = ^.S/G. (10.7)

Защита от вибрации в промышленности осуществляется воздействием на источник вибрации, путем снижения вибрации на пути ее распространения с использованием следующих методов:

1) Снижение вибрации путем уменьшения или ликвидации возмущающих сил. Это достигается путем исключения возможных ударов и резких ускорений.

2) Изменение частоты собственных колебаний источника (машины или установки) для исключение резонанса с частотой возмущающей силы.

3) Вибропоглощение (вибродемфирование) путем превращения энергии колебаний системы в тепловую энергию (использование материалов с большим внутренним трением: дерево, резина, пластмассы).

4) Виброгашение путем введения в колебательную систему дополнительных масс или увеличения жесткости системы путем установки агрегатов на фундамент.

5) Метод виброизоляции путем ввода в систему дополнительной упругой связи (пружинных виброизоляторов) для ослабления передачи вибрации объекту защиты (смежному элементу конструкции или рабочему месту).

К основным характеристикам виброзащитных систем относятся собственная частота системы, механический импеданс и коэффициенты, определяющие процессы затухания вибраций и рассеяния энергии.

Свободная вибрация (F_t = 0) в отсутствии сил трения (F_S = 0) с течением времени не затухает.

При условии F_M + F_G = 0 определяется cобственная частота колебаний вибросистемы:

₀ = (G/M). (10.8)

При наличии сил трения (F_S  0) свободная вибрация (F_t = 0) затухает. Амплитуда виброскорости при этом с течением времени убывает.

Отношение потока энергии на входе в защитное устройство (ЗУ) и на выходе из него W⁺/W^- называют силовым коэффициентом защиты при виброизоляции:

k_F = W⁺/W^-. (10.9)

Степень защиты также динамическим коэффициентом защиты k_, равным отношению амплитуды смещения источника к амплитуде смещения приемника.

В общем случае энергетический коэффициент защиты можно выразить в виде

k_W = k_F^. k_. (10.10)

В общем случае эффективность виброизоляции

_и = 10^.lg k_W = 10^.lg[² + (²/₀² - 1)²] – 10^.lg(1 + ²). (10.11)

Если потери в защитном устройстве отсутствуют ( = 0), то эффективность

_и = 20^.lg(²/₀² - 1). (10.12)

Шум - это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах.

По природе возникновения шумы делятся на механические, аэродинамические, гидродинамические, электромагнитные.

Слуховые ощущения вызываются колебаниями упругой среды, распространяющимися в газообразной, жидкой или твердой среде и воздействующими на органы слуха человека.

Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разрежению. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях разрежения понижается. Разность между давлением, существующим в среде Р_ср в данный момент, и атмосферным давлением Р_атм, называется звуковым давлением:

Р_зв = Р_ср - Р_атм. (10.13)

Звуковая волна является носителем энергии в направлении своего движения. Количество энергии, переносимой звуковой волной за одну секунду через пространство с площадью сечения 1 м², перпендикулярному направлению движения, называется интенсивностью звука (Вт/м²)

I = P_зв²/z_A, (10.14)

где z_A - акустическое сопротивление среды, кг/(м^2.с).

Поверхность тела, совершающая колебания, является излучателем (источником) звуковой энергии, который создают акустическое поле.

Акустическим полем называют область упругой среды, которая является средством передачи акустических волн. Акустическое поле характеризуется звуковым давлением Р_зв и акустическим сопротивлением z_A. Энергетическими характеристиками акустического поля являются: интенсивность энергии I, мощность излучения W - количество энергии, проходящей за единицу времени через охватывающую источник звука поверхность, Вт.

Если звуковая волна встречает преграду с иным, чем акустическая среда, волновым сопротивлением, то часть звуковой энергии отражается от преграды, часть проникает в нее и поглощается преградой, превращаясь в тепло, а оставшаяся часть проникает сквозь преграду.

Свойства самой преграды и материала, покрывающего эту преграду, определяются следующими показателями:

1. Коэффициент звукопоглощения

 = I_погл/I_пад, (10.15)

где I_погл - поглощенная материалом или преградой звуковая энергия; I_пад - падающая на преграду звуковая энергия.

2) Коэффициент отражения

 = I_отр/I_пад, (10.16)

где I_отр - отраженная от преграды звуковая энергия.

3) Коэффициент звукоизоляции

 = I_пад/I_отр (10.17)

4) Коэффициент прохождения (проницаемости или проникновения)

 = I_пр/I_пад, (10.18)

где I_пр - прошедшая сквозь преграду звуковая энергия.

5) Коэффициент рассеяния от поверхности преграды

 = (I_пад - I_погл - I_пр)/I_пад. (10.19)

Величины коэффициентов , , ,  зависят от частоты звуковой волны.

Используя эти формулы, можно записать следующие соотношения:

 = 1 - ;  +  +  = 1. (10.20)

Для оценки и сравнения звукового давления Р (Па), интенсивности I (Вт/м²) и звуковой мощности W (Вт) различных источников приняты характеристики их уровней L_i, выраженные в безразмерных единицах (дБ) - децибелах:

L_p = 10 lg (P/P₀)²; (10.21)

L_I = 10 lg (I/I₀); (10.22)

L_W = 10 lg (W/W₀), (10.23)

где P₀ = 2^.10^-5 Па - стандартное звуковое давление, соответствующее порогу слышимости; I_{0 =} 10^-12 Вт/м² - интенсивность звука при пороге слышимости; W₀ = 10^-12 Вт - опорная звуковая мощность.

Увеличение интенсивности звука в 10 раз соответствует одному белу (Б): 1Б = 10дБ.

Методы борьбы с шумом подразделяют на методы по снижению шума в источнике его образования и методы по снижению шума на пути его распространения от источника.

Звукоизоляция – уменьшение уровня шума с помощью защитного устройства, которое устанавливается между источником и приемником и имеет большую отражающую и (или) поглощающую способность.

Основными характеристиками звукоизоляции при использовании плотных преград являются масса преграды и частота звука. Акустические свойства конструкции, не имеющей отверстий и щелей, определяются, в основном, коэффициентами  и , коэффициент  имеет значение в десятки раз меньше по сравнению с  и .

Эффективность звукоизоляции оценивается в децибелах:

_и = 10^.lg(1/) = 10^.lg(W⁺/W^) =10^.lg(I_пад/I_пр). (10.24)

При наличии отдельных участков с более низкой звукоизоляцией, чем у основной конструкции, акустические свойства конструкции определяются коэффициентом прохождения .

При достаточно большой собственной звукоизоляции пластины общая звукоизоляция преграды со сквозным отверстием равна:

_и = 10 lg (S₀/S), (10.25)

где S₀, S - площадь отверстия и площадь пластины соответственно, м².

Одним из эффективных средств снижения шума является применение в конструкциях звукопоглощающих материалов. Эффективность звукопоглощающих материалов по уменьшению шума определяется их коэффициентом звукопоглощения . Для мягких пористых материалов значение коэффициента  находится в пределах 0,2..0,9. Для плотных твердых материалов (кирпич, дерево)  составляет сотые доли единицы.

Единицей звукопоглощения является сэбин (сб), а полное звукопоглощение материала:

A = S [сб], (10.26)

где S - площадь данного материала, м².

Ослабление шума в помещении при увеличении звукопоглощения стен:

L = 10 lg(A₂/A₁) = 10 lg(₂/₁) = 10 lg(I_погл.2/I_погл.1), (10.27)

где A₁ и A₂ - полное звукопоглощение помещения до внесения звукопоглощающих материалов и после их внесения; ₁ и ₂ - коэффициенты звукопоглощения помещения до внесения звукопоглощающих материалов и после их внесения.

Уровни звукового давления в расчетных точках не должны превосходить уровней, допустимых по нормам во всех октавных полосах. Требуемое снижение уровней звукового давления (дБА) определяется по формуле:

L_{p, тр} = L_p - L_p.доп, (10.28)

где L_p - измеренный уровень звукового давления в рабочей точке; L_p.доп - допустимые уровни звукового давления согласно действующим нормативам.

10.3. Защита от ионизирующих излучений

В отличие от механических колебаний электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме, т.е. в пространстве, не содержащем атомов, но они ведут себя подобно механическим волнам, в частности, имеют конечную скорость и переносят энергию. Наибольшую скорость электромагнитных волн характерна для вакуума (скорость света 300 тыс. км/с). Энергия электромагнитных полей (ЭМП) пропорциональна четвертой степени частоты его колебаний.

Длина электромагнитных волн от 10⁷ км до 10^-11 см. В зависимости от их длин и частот принято выделять ионизирующие излучения (гамма- и рентгеновские), излучения оптического диапазона (ультрафиолетовое, видимый свет, инфракрасное), радио- и низкочастотный диапазон.

Излучение с различной длиной волны сильно отличаются друг от друга по интенсивности и степени поглощения их веществом. Наиболее интенсивное ионизирующее излучение, особенно гамма-излучения, не поглощается веществами, непрозрачными для волн оптического диапазона.

Гамма-излучение имеет длину волны 10^-13…10^-10 м, что соответствует частоте 3^.10²¹…3^/10¹⁸ Гц. Высокая проникающая и ионизирующая способность гамма-квантов объясняется их большой энергией, которая изменяется от 12,4 до 0,012 МэВ.

Доза ионизирующего облучения, создаваемая антропогенными источниками, невелика по сравнению с естественным фоном ионизирующего облучения, что достигается применением средств коллективной защиты промышленных источников излучения. В тех случаях, когда на объектах экономики нормативные требования и правила радиационной безопасности не соблюдаются, уровни ионизирующего воздействия резко возрастают.

Самый простой способ защиты от гамма-излучения – это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние, т.к. интенсивность ионизации обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Нормирование ионизирующих излучений определяется характером воздействия ионизирующей радиации на организм человека.

Обеспечение радиационной безопасности определяются следующими принципами:

1) принципом нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения;

2) принципом обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда;

3) принципом оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне индивидуальных доз облучения и числа облученных лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения.

Основные принципы радиационной безопасности реализуются путем уменьшения мощности источников излучения до минимальных величин (защита количеством); сокращение времени работы с источниками (защита временем); увеличение расстояния от источника до работающих (защита расстоянием); экранирование источников излучения материалами, поглощающими ионизирующее излучение (защита экранами).