Исследовательская работа Исследование шумового фона вблизи железнодорожного полотна

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА ТРОИЦКА

Городская научно-исследовательская конференция учащихся 9-11 классов муниципальных общеобразовательных учреждений
«Интеллектуалы XXI века»



Исследование шумового фона вблизи железнодорожного полотна

Секция: физика






Автор работы: Заложных Валерия
9 класс, МБОУ «СОШ №47»

Научный руководитель:
Рапоткина Ольга Ивановна,
Учитель физики МБОУ «СОШ №47»








г.Троицк
2015

Введение.
Что такое шум знает каждый. Где бы ни находился человек, его повсюду сопровождают шумовые звуки. Природные явления (гроза, дождь, ветер), а также все, что создано человеком (автомобили, заводы, лифты, железные дороги, метро и прочие блага), сопровождаются шумовыми эффектами. Справиться с неприятными децибелами помогут шумозащитные заборы. Ни у кого не вызывает сомнения, что шум (гул) это сущность нашей жизни и его надо воспринимать как действительность. Но все хорошо, если шум не превышает допустимые значения. В противном случае, особенно жители мегаполисов, подвержены шумовому дискомфорту и как результат многочисленные стрессы и болезни. Если устранить все шумовые источники невозможно, то свести их уровень до минимального (оптимального) уровня, применив шумопоглощающие заборы, вполне возможно.

Железнодорожный транспорт – не развивается такими быстрыми темпами, хотя железная дорога играет не последнюю роль в грузовых и пассажирских перевозках. С каждым годом идет расширение сети железных дорог, увеличивается объём перевозок, что в свою очередь обеспечивает конкурентоспособность железных дорог. В связи с этим происходит увеличение скорости поездов, что соответственно вызовет рост шума, возникнут связанные с этим проблемы защиты от него, окружающей среды и самого человека.
Станция Троицк сегодня - одна из важных станций Челябинской железной дороги. Как и любая железнодорожная станция – это не только вокзал, предприятия, железнодорожные пути, а еще и населенный пункт. Около 60% жителей станции являются работниками железной дороги. Строительство жилых домов вблизи от места работы вызвано, прежде всего, заботой о людях. Но, как и каждое удобство, оно имеет побочные стороны. Одним из таких негативных явлений близости железнодорожной станции к жилым массивам является шум.
Шум создают не только железнодорожные составы, движущиеся по рельсам мимо жилых домов, но и сама станция. Многие работы на станции Троицк проводятся на открытых площадках днем и ночью,уровень шума от соударения вагонов при роспуске на накопительных путях, скрежет, голоса диспетчеров по громкой связи распространяются на значительные расстояния, оказывая существенное воздействие на прилегающие жилые территории.
Проблема с уменьшением шума от железной дороги, является очень актуальной, т.к. очень много испробовано методов, и эти методы,как оказалось, мало эффективны. Хоть и большинство железных дорог находятся за чертой населенных пунктов, это не решило всей проблемы, ведь железная дорога проходит через населенные пункты, что создает не удобства для проживающих и вызывает загрязнение окружающей среды. Самый большой шум создают грузовые вагоны, их переоснащение не представляет особых технических трудностей, но реализация соответствующих мер требует больших затрат.
Тема: Исследование шумового фона вблизи железной дороги.
Цель работы: Изучить интенсивность шумового фона вблизи железнодорожного полотна и определить способы защиты и уменьшения шумового фона станции Троицк.
Задачи:
изучить литературу по данной теме;
провести исследование, позволяющее оценить степень шумового загрязнения железнодорожным транспортом в разных участках поселков Гончарка и Вокзал;
выявить уровень шумового фона, производимого железнодорожной станцией и его влияния на самочувствие людей;
оценить пути решения экологической проблемы.
разработать рекомендации по уменьшению шумового фона производимого железнодорожной станцией.
Объект исследования: шум, производимый железнодорожной станцией.
Предмет исследования: уровень шума железнодорожной станции и влияние его на самочувствие людей.
Гипотеза: уровень шумового фона железнодорожной станции превышает допустимые нормы и оказывает отрицательное влияние на самочувствие людей.
Актуальность: За последние десятилетия проблема борьбы с шумом во многих странах стала актуальной. Шумовое загрязнение входит в тройку самых значимых экологических нарушений в мире. В области шумозащиты появилось много новых интересных исследований, однако специального федерального или регионального закона о защите от шума в нашей стране нет.
Методы:
Изучение литературы;
Определение уровня шумового фона шумомером;
Определение путей решения проблемы;
Анализ результатов.
Оборудование и материалы:
Шумомер
Компьютерная программа Adobe Audition.












Теоретическая часть.
Что такое шум.
Шум-совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира человеку нужен шум в 10-20дБ. Это шум листвы, парка или леса.
К шумам относят любые звуки, неприятные для человека и даже вызывающие болезненные ощущения. Шумом называют также всякий звук, мешающий окружающим или причиняющий им значительные неудобств. Шум измеряется в специальных единицах децибелах. На письме децибелы изображаются дБ.
Вредность шума зависит и от того, насколько он отличается от привычного для человека шума. Норма шума в жилых помещениях – 20–30 дБ, 130 дБ – порог болевого ощущения. Звук громкостью свыше
180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.
Если шум составляет больше допустимой нормы, у человека развиваются серьезные проблемы со здоровьем. О влиянии шума на организм человека я расскажу в следующих пунктах нашей работы.
К физическим характеристикам шума относятся: частота, звуковое давление, уровень звукового давления.
Любой источник шума характеризуется, прежде всего, звуковой мощностью.
Звуковая мощность источника – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.
Поскольку источники производственного шума излучают звуки различной частоты и интенсивности, то полную шумовую характеристику источника дает шумовой спектр - распределение звуковой мощности (или уровня звуковой мощности) по октавным полосам частот.
Источники шума часто излучают звуковую энергию неравномерно по направлениям. Эта неравномерность излучения характеризуется фактором направленности.
Фактор направленности показывает отношение интенсивности звука создаваемого источником в направлении с угловой координатой к интенсивности, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук во все стороны равномерно.
По временным характеристикам шумы бывают: постоянные, прерывистые, импульсивные, колеблющиеся во времени.
1.2.Что такое железная дорога. История.
Железные дороги, зародившись в Англии, распространились по всему миру. Не стала исключением и Россия: появление железной дороги было предопределено всем ходом исторического развития страны.
В России первая железная дорога общего пользования Петербург - Царское село была открыта в 1837 году.
А если сегодня посмотреть на карту России, видно, что она, как тонкой паутинкой, покрыта ниточками железных дорог. И неслучайно, железнодорожники зачастую пространство, в котором работают, сами называют «сетью».
Железная дорога – это транспортное предприятие с комплексом технических средств и сооружений для перевозок различного назначения и дальности.
Железная дорога – рельсовый путь, предназначенный для движения поездов, перевозящих грузы, пассажиров, багаж, почту.
Железнодорожный поезд, как автомобиль, самолет – транспортное средство.

Железнодорожный поезд состоит из вагонов и локомотива. На железной дороге существует два вида перевозок – пассажирские и грузовые.
Для каждого вида перевозок существуют свои специальные вагоны.
Вагоны для перевозки людей называются пассажирскими, для перевозки грузов - грузовыми, почты - почтовыми, багажа – багажными.
Пассажирские поезда могут ездить на большие расстояния – в другие города и за границу. Их называют поездами дальнего следования. Вагоны таких поездов оборудованы полками для сна пассажиров и туалетами. Вагоны в пассажирских поездах бывают разных типов: сидячие, плацкартные, купейные.
Грузовые поезда формируются в основном на крупных станциях, имеющих сортировочные горки. Если вагоны пассажирского состава похожи как братья-близнецы, то у грузового или товарного поезда они отличаются друг от друга. Грузовые вагоны в зависимости от перевозимого груза бывают разной формы и назначения. К грузовым относятся крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны и другие. Полувагоны бывают с открытым верхом, чтобы их можно было загружать в пути. В крытых вагонах и полувагонах можно перевозить что угодно: зерно, лес, оборудование, товары народного потребления. Цистерна – это вагон, похожий на огромную бочку. В таких вагонах перевозят жидкий груз (нефть, мазут, химикаты). На открытых платформах можно увидеть различные машины, технику.
Состав с вагонами тянет локомотив – общее название тяговых машин, самостоятельно передвигающихся по железной дороге. Локомотивы – это паровозы, тепловозы, электровозы. Сегодня большинство поездов движется с помощью электричества. Электровозы не загрязняют окружающую среду дымом, как паровозы и тепловозы.
Железная дорога – это не только рельсовый путь и поезда, но и железнодорожные станции. На современных крупных станциях расположены различные сооружения и устройства для эксплуатации локомотивов и вагонов – локомотивные и вагонные депо, мастерские, ремонтные и моечные машины. На таких станциях строят здания вокзалов, устраивают платформы, организуют привокзальную территорию с учетом удобства пассажиров. В распоряжении работников станции находятся телефоны, диспетчерская связь, оснащенная по последнему слову техники, включая громкоговорящие и переговорные устройства, видео установки, автоматизированные системы управления оперативной работой.
1.3. Железная дорога- источник шума.
Любой вид транспорта является источником нежелательных звуков и шумов. Особенно сильный уличный шум производит рельсовый транспорт (трамваи, метрополитен, железнодорожные поезда).
Как видно из Таблицы 1(приложение) железнодорожный транспорт имеет высокий уровень шума, уступая лишь авиационному транспорту. Но если аэропорты строятся на некотором удалении от населенных пунктов, то железнодорожные магистрали и автодороги проходят напрямую через жилые массивы.
Шум поезда слагается из шума локомотива и вагонов. У локомотива основной шум издает двигатель. Источником шума вагонов являются удары колес на стыках и неровностях рельсов, а также громыхание корпуса вагона.
О приближении пассажирского и грузового поезда известно задолго до его появления - по шуму, перестуку колес, железному лязгу, гудкам. А если стоишь у железнодорожного переезда или на платформе железнодорожной станции, когда мимо проносится поезд, от громких звуков испытываешь разные неприятные ощущения: «закладывает» уши; не слышишь свой голос и разговор, находящихся рядом людей; дребезжат стекла в окнах близко стоящих машин и зданий; и даже чувствуешь, что «земля дрожит» под ногами. Работники станций используют громкую связь, чтобы передать важные сообщения или объявить о прохождении поезда. Все это создает большое количество шумов, которые мешают живущим на территории станций людям.
1.4. Влияние шума от железной дороги на самочувствие людей.
Известно,что высокий уровень шума неблагоприятно воздействует на организм человека. Прежде всего страдает слуховой аппарат. Шум оказывает травмирующее воздействие на внутреннее ухо,сильнее всего страдает кортиевый орган и клетки внутренней спиральной борозды. От длительного шумового воздействия нарушается кровоснабжение уха. Также при продолжительном шуме переутомляются корковые слуховые центры,в нервной системе появляются патологические изменения. Все эти негативные изменения проявляются постепенно и на каком-то этапе приводят к поражению слуха.
К сожалению,синдром снижения слуха плохо поддается лечению:полностью восстановить слух практически не удается,возможно лишь некоторое улучшение слуха после прекращения шумового воздействия продолжительного медикаментозного лечения.
Чрезмерная шумовая нагрузка резко снижает работоспособность,уменьшает эффективность отдыха и ведет к хроническому переутомлению,глухоте.
Но при этом стоит отметить,что полная тишина также неблагоприятна для здоровья человека. Допустимыми нормами интенсивности звука в жилых помещениях считается 40 дБ днем и 30 дБ ночью.

Влияние шума на человека до некоторых пор не было объектом специальных исследований. Ныне воздействие звука,шума на функции организма изучает целая отрасль науки- аудиология .
Шум обладает аккумуляторным эффектом,то есть акустические раздражители,подобно яду,накапливаются в организме,все сильнее угнетая нервную систему. Также,шум становится одной из причин преждевременного старения.
Итак,шум оказывает свое разрушающее действие на весь организм. Его гибельной работе способствует и то обстоятельство,что против шума мы практически беззащитны.
1.5. Защита от шумового воздействия.
В целях повышения эффективности борьбы с шумом введен обязательный гигиенический контроль объектов, генерирующих шум, регистрация физических факторов, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду и отрицательно влияющих на здоровье людей.
Эффективным путем решения проблемы борьбы с шумом является снижение его уровня в самом источнике за счет изменения технологии и конструкции машин.
В некоторых случаях снижение уровня шума достигается применением звукопоглощающих пористых материалов, покрытых перфорированными листами алюминия, пластмасс. При необходимости повышения коэффициента звукопоглощения в области высоких частот звукоизолирующие слои покрывают защитной оболочкой с мелкой и частой перфорацией, применяют также штучные звукопоглотители в виде конусов, кубов, закрепленных над оборудованием, являющимся источником повышенного шума.
Все же очень многое делается для снижения шума от железной дороги, вот некоторые меры которые применяются: устранения износа и дефектов поверхности катания колес; шлифовка рельсов, уложенных в пути; повышение гибкости системы буксового рессорного подвешивания тележек; подрезиненные колеса; ограничение скорости движения поездов – это самый более эффективный способ. При снижении скорости движения поезда можно уменьшить уровень шума, обусловленного вибрацией грунта, и уровень вибрации примерно на 4-9 дБ на каждое уменьшение скорости поезда в 2 раза.
Однако зависимость шума и вибрации от скорости движения меняется как с интенсивностью движения, так и с типом подвижного состава. Поэтому при движении грузовых составов снижение скорости может привести к изменению уровня демпфирования системы, а следовательно – к обратному эффекту и увеличению вибрации и шума, поэтому грузовые составы проходят на больших скоростях. Приходит необходимость установки вибро-изолирующих устройств и экранов, защищающих здания и сооружения.
ВИДЫ ЗАБОРОВ.КЛАССИФИКАЦИЯ. Все заборы, которые предназначены для борьбы с шумами делятся на: звукоотражающие; шумопоглащающие; комбинированные. Звукоотражающие заборы предназначены отражать звуковые волны, и выполняются из: бетона; кирпича; поликарбоната; стекла и другого материала.

Шумопоглощающий забор представляет собой конструкцию, которая обладает свойствами уменьшать интенсивность (гасить) звуковую волну. Панели такого ограждения могут быть: железными; алюминиевыми; пластиковыми. Между панелями такого забора вставляется шумопоглощающий материал. Для этого наиболее часто используется минеральная шерсть (на основе базальтового волокна), четко определенной структуры и точного удельного веса. В некоторых моделях используется в качестве наполнителя: полиэфирная вата; центрифугированная вата (минеральная); стекловолокно; гидрофобная вата (полиэфирная). Такие наполнители имеет ярко выраженную звуковую характеристику.



Исследовательская часть.
1.1Измерение звукового фона шумомером.
Допустимые нормы шума
По санитарным нормам, допустимым уровнем шума, который не наносит вреда слуху даже при длительном воздействии на слуховой аппарат, принято считать: 55 децибел (дБ) в дневное время и 40 децибел (дБ) ночью. Такие величины нормальны для нашего уха, но, к сожалению, они очень часто нарушаются, особенно в пределах больших городов.

Из результатов эксперимента, полученных шумомером вытекают следующие основные закономерности:Для электропоездов:
В области частот от 1 до 16 Гц уровни шума лежат в пределах 50 - 65 дБ.
В области частот от 16 до 125 Гц уровни шума лежат в пределах 50 - 65 дБ.
В области частот от 125 до 500 Гц уровни шума лежат в пределах 60 - 70 дБ.
В области частот от  500 до 4000 Гц уровни шума лежат в пределах 60 - 80 дБ, при этом на частотах 500, 1000 и 2000 Гц наблюдаются максимумы уровней шума..
В области частот от  4000 до 16000 Гц уровни шума уменьшаются и только в одном эксперименте (рис.6) на частоте 16 кГц наблюдается максимум уровня шума.
Для дизельпоездов:
В области частот от 1 до 16 Гц уровни шума лежат в пределах 60 - 70 дБ.
В области частот от 16 до 125 Гц уровни шума лежат в пределах 60 - 80 дБ, при этом на частоте 31.5 кГц наблюдаются максимумы уровней шума.
В области частот от 125 до 500 Гц уровни шума лежат в пределах 50 - 65 дБ, при этом, когда поезд следует в сторону Челябинска от станции Троицк с небольшим ускорением (под нагрузкой), уровни шума значительны и достигают 70 – 76 дБ.
В области частот от  500 до 4000 Гц уровни шума лежат в пределах 55 - 65 дБ, при этом, когда поезд следует в сторону Челябинска от станции Троицк с небольшим ускорением (под нагрузкой), уровни шума значительны и достигают 70 – 76 дБ, также на частотах 500, 1000 и 2000 Гц наблюдаются максимумы уровней шума..
В области частот от  4000 до 16000 Гц уровни шума уменьшаются.
Для расчета уровня шумового загрязнения мы применили формулу:

Ш=
·  (рп), где Ш – общее шумовое загрязнение,

·
·- знак суммирования,
р - шумовой показатель,
п – количество данного вида транспорта , проехавшего по участку за один час.
Результаты представлены в таблице 2(Приложение)
В итоге мы пришли к выводу,что допустимые нормы превышены.


1.2.Анкетирование жителей территории, расположенной вблизи железнодорожной станции.
Нами были разработаны анкеты, на которые жители станции Троицк отвечали письменно (Рис. 1-5).
Также с жителями станции Троицк был проведен устный опрос в форме интервью, фрагменты которого представлены в электронном виде в компьютерной презентации.
Мы провели опрос жителей станции Троицк. В исследовании приняло участие 50 человек разного возраста от 7 до 72 лет. Из них 37 жителей слышат шум железнодорожной станции.
Наиболее часто слышны гудки и голоса по громкой связи, затем – стук колёс, визг тормозов и скрип вагонов.
В какое время суток слышны шумы? Слышат шум круглосуточно 16 человек, 11 – ночью, 7 - вечером и 1 и 2 человека - днем и утром.
Исследование показало, что 38 человек считает, что шум отрицательно влияет на самочувствие. На вопрос: «Какой вред наносит шум самочувствию?», мы получили ответы: нарушение сна, головные боли, раздражение. Встречались жалобы об увеличении употребления лекарств. В основном это люди от 40 до 72 лет.
Ответ «шум не слышу» дали те люди, чьи дома находятся на расстоянии 700-1000 и более метров от железнодорожного полотна.
Итак, мы провели опрос жителей станции Троицк и пришли к выводу, что жители этой территории круглосуточно подвергаются «шумовым атакам», шум работы железной дороги вредит самочувствию людей, вызывает болезненные ощущения, причиняет значительные неудобства, мешает нормальному отдыху и восстановлению сил после работы или учебы. Вместе с тем мы выяснили, что чем дальше жилые дома находятся от железной дороги, тем реже встречаются или вообще отсутствуют у жителей жалобы на шумы.
Выводы:
В ходе работы мы изучили литературу по данной проблеме.
Провели исследование, позволяющее оценить степень шумового загрязнения железнодорожным транспортом в разных участках посёлков Гончарка и Вокзал;
Выявили уровень шумового фона, производимого железнодорожной станцией и его влияние на самочувствие людей.
Оценили пути решения экологической проблемы.
Разработали рекомендации по уменьшению шумового фона производимого железнодорожной станцией.

Заключение.
Наша работа была посвящена исследованию шумового фона вблизи железной дороги.
В ходе исследования выяснилось, что железнодорожный транспорт имеет высокий уровень шума, уступая лишь авиационному транспорту. Но если аэропорты строятся на некотором удалении от населенных пунктов, то железнодорожные магистрали проходят напрямую через жилые массивы.
Замечено, что шумы железнодорожного транспорта являются непостоянно действующими. Импульсные шумы более агрессивны по сравнению с постоянно действующими шумами.
Таким образом, выдвинутая нами гипотеза о том, что уровень шумового фона железнодорожной станции превышает допустимые нормы и оказывает отрицательное влияние на самочувствие людей полностью подтвердилась.
Защитные экраны дают видимое уменьшение шума даже вблизи самой станции.
Базируясь на знания, можно принять меры по собственной безопасности.

Рекомендации:

Для уменьшения вреда, наносимого шумом железной дороги, не следует строить жилые дома в непосредственной близости от рельсового пути и сортировочных станций. А если это необходимо, то использовать при строительстве специальные материалы: звукоизолирующий кирпич, шумозащитное остекление фасадов домов, шумозащитные оконные рамы. Хорошие результаты дает планировка домов с окнами жилых помещений во двор.
По мнению некоторых ученых, вдоль железных дорог, проходящих рядом с жилыми районами, должны быть установлены шумозащитные экраны и высажены деревья.
Для уменьшения шума меры должны применять железнодорожные изобретатели и конструкторы: создавать современные локомотивы и вагоны с низким уровнем шума, специальные «нешумные» рельсы и шпалы, уменьшить количество сообщений по громкой связи, продумать другой, более бесшумный вид связи между железнодорожниками.

Библиография:

Все о железной дороге. - М.: ООО «Пиар-Пресс», 2010.
Железная дорога в картинках. – М.: ООО «Пиар-Пресс», 2010.
Иллюстрированный энциклопедический словарь. – М.: ТЕРРА, 1998.
Моя железная дорога / Авторы-сост. Т.Н. Гордиенко, А.А. Долганов – Иркутск: Изд-во «Облмашинформ», 2006.
От конной рельсовой дороги до высокоскоростных поездов – М.: ООО «Пиар-Пресс», 2009.
Очерки истории железных дорог. Два столетия. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007.
Путешествие по железной дороге: Большой словарь для детей. – М.: ООО «Пиар-Пресс», 2010.
http://sdelai-zabor.ru/vybor/44-shumozashhitnye-zabory
15