Światłowody

Światłowody: Zasada działania i zastosowanie

W dzisiejszych czasach informacja jest najbardziej poszukiwanym i cenionym produktem przeznaczonym do sprzedaży. Pod względem szybkości i jakości przepływu informacji światłowody stanęły wysoko ponad wszelką konkurencją. Transmisja światła jest niewrażliwa na zakłócające pola elektromagnetyczne, co jest szczególnie istotne środowisku przemysłowym. Innym powodem stosowania optycznej transmisji sygnału jest możliwość wykorzystania bardzo szerokiego pasma, dlatego nadaje się on szczególnie do telefonii, transmisji danych i sygnałów telewizyjnych w formie cyfrowej.

Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się izolacja ochronna. Światłowody wykonuje się zasadniczo jako jednomodowe i wielomodowe. Światłowody wielomodowe, można podzielić na dwa typy: o współczynniku skokowym i gradientowym najczęściej spotykane są światłowody o płynnej zmianie współczynnika załamania pomiędzy rdzeniem a płaszczem, czyli gradientowe.

W światłowodzie jednomodowym, przenosi się tylko jeden mod. Oznacza to, że wszystkie promienie odbijane są pod tym samym kątem do powierzchni płaszcza. Wszystkie promienie mają wiec jednakową drogę do przebycia i zajmuje to taki sam czas. Oznacza to, że nie powstaje dyspersja.

W wielomodowym światłowodzie, jest możliwość występowania różnych kątów odbicia i w związku z tym następuje rozmycie krawędzi przesyłanego sygnału, czyli dyspersja

Czymś pośrednim miedzy światłowodem o pojedynczym modzie i kablami światłowodowymi o współczynniku skokowym, jest kabel światłowodowy gradientowy. W kablu takim współczynnik załamania zmniejsza się sukcesywnie od środka rdzenia na zewnątrz. Promień świetlny, który ukośnie chce wydostać się z centrum kabla jest uginany w sposób ciągły i kierowany z powrotem w stronę środka kabla. Rdzeń w światłowodzie gradientowym jest tak gruby, że jednocześnie może on przenosić wiele modów światła.

W światłowodzie wielomodowym, rdzeń jest dosyć gruby, ma ok. 50 mikrometrów, czyli jego średnica jest wielokrotnie większa niż długość fali przenoszonego światła. Promień światła może składać się z wielu składowych, z wielu modów, które mogą być przenoszone jednocześnie. Jeżeli zmniejszymy rdzeń dostatecznie (do ok. 5-10 mikrometrów, dla długości fali światła 1,3 mikrometra), to światłowód może przewodzić jedynie jeden mod. Będzie to światłowód typu jednomodowego. Ze względu na bardzo dobre własności częstotliwościowe posiada on możliwość gęstego upakowania informacji – posiada dużą pojemność kanału przenoszenia. Wadą takiego rozwiązania jest cienki rdzeń, co utrudnia łączenie światłowodów ze sobą.

Długość kabla światłowodowego jest ograniczona przez jego dyspersję i tłumienie.
Dyspersja powoduje, że poszczególne promienie światła mają różny czas przebiegu przez światłowód. Impuls świetlny ulega poszerzeniu (rozmyciu), co ogranicza częstotliwość maksymalną powtarzania impulsów, czyli szerokość pasma przenoszenia. Jest to szczególnie istotne przy światłowodach wielomodowych, ponieważ różne mody mają różne czasy przebiegu, a to ogranicza szerokość pasma. Zjawiska te nie występują w światłowodzie jednomodowym. W światłowodach tak jedno, jak i wielomodowych, istnieje również naturalna dyspersja materiału. Wynika ona ze zmian współczynnika załamania światła w szkle. Zależy ona od długości fali, powodowana jest też przez niejednorodności struktury materiału.

Tłumienie i dyspersja zależą od długości fali i materiału światłowodu. Pierwsze włókna wykonane w roku 1970 posiadały tłumienie rzędu 20 dB/km. Z postępem technologicznym zaczęto produkować światłowody o znacznie niższym tłumieniu, zoptymalizowano długość fal pod względem najmniejszego tłumienia. Pierwsza generacja światłowodów pracowała ze światłem o długości fali 0,85 µm, druga generacja 1,3 µm, a trzecia 1,55 µm. Najniższe teoretyczne tłumienie występuje przy fali o długości 1,55 mm i wynosi 0,16 dB/km, podczas gdy najmniejsza dyspersja występuje przy fali o długości 1,3 µm.

Złożonym problemem jest cięcie i łączenie światłowodów ze sobą. Zwłaszcza dotyczy to światłowodów jednomodowych, gdzie cienkie rdzenie w każdym segmencie kabla muszą być w stosunku do siebie ułożone idealnie centrycznie. Na styku powstają również tzw. odbicia Fresnela, zwiększające tłumienność połączeń. Na przejściach można ograniczyć straty do teoretycznej granicy ok. 4%. Tłumienie na złączach jest zmienne i zawiera się miedzy 0,2 i 2 dB w zależności od typu użytego złącza i jakości wykonania.

Zastosowanie światłowodów:
1. Łącza telefoniczne: w jednym z pierwszych zbudowanych systemów, światłowodowe kable połączyły budynki urzędów telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km. Kable zawierały po 24 włókna optyczne, z których każde – pracując w standardzie T3 – mogło przenosić 672 kanały telefoniczne. Możliwość realizacji międzymiastowych linii z kablami światłowodowymi stała się faktem, kiedy zademonstrowano łącze optyczne o długości ponad 100 km bez wzmacniaków. Dziś możliwa jest nawet budowa podmorskiej linii światłowodowej ułożonej na dnie Oceanu Atlantyckiego. Odległość między Nowym Jorkiem a Londynem, wynosząca 6500 km, wymagałaby zainstalowania około 200 wzmacniaków rozstawionych, co 30-35 km.
2. Usługi abonenckie.
3. Sieci telekomunikacyjne w elektrowniach: Światłowody mogą być prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych sygnałów. Możliwe jest dołączenie światłowodu do któregoś z kabli przewodzących prąd lub po prostu wykonanie kabla energetycznego zawierającego również żyłę światłowodową.
4. Linie telekomunikacyjne wzdłuż linii energetycznych.
5. Telekomunikacyjna sieć kolejowa.
6. Łączność terenowa.
7. Rozgłośnie telewizyjne: Niewielki ciężar kabla światłowodowego jest bardzo wygodny przy transmisjach “na żywo, umożliwia, bowiem znaczną swobodę ruchu kamer i minikamer. W zastosowaniach tych wykorzystuje się tylko jeden kanał, a więc sygnał może być przekazywany w paśmie podstawowym w postaci analogowej. Szerokość pasma 6 MHz jest w zupełności wystarczająca.
8. Telewizja kablowa.
9. Zdalna kontrola i ostrzeganie: Światłowody skutecznie konkurują z kablami koncentrycznymi również w zakresie transmisji sygnałów wizyjnych dla celów zdalnej kontroli i nadzoru. Duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne oraz mała podatność na zniszczenie wskutek wyładowań atmosferycznych są w tych zastosowaniach szczególnie istotne.
10. Pociski sterowane światłowodami.
11. Komputery: Systemy światłowodowe są szczególnie predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na przykład takich, jakie powstają w komputerach, Możliwe jest wykonywanie połączeń między centralnym procesorem a urządzeniami peryferyjnymi, między centralnym procesorem a pamięcią oraz między różnymi procesorami. Małe rozmiary i niewielki ciężar, dobre zabezpieczenie informacji wynikające z “zamknięcia” promieniowania wewnątrz włókna optycznego sprawiają, że światłowody są odpowiednim torem do transmisji danych, bez względu na odległość.
12. Wewnętrzne przekazywanie danych.
13. Lokalne sieci komputerowe.
14. Okablowanie samolotów i statków: Istotną zaletą w zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone ryzyko iskrzenia i pożaru.

Posted in Prace | Leave a comment

Pozytywne i negatywne wpływy zjawiska rozszerzalności cieplnej ciał stałych (lub cieczy, gazów) w przyrodzie i życiu człowieka.

Rozpatrując zagadnienie wpływu zjawiska rozszerzalności cieplnej ciał stałych na przyrodę i życie człowieka należy je w pierwszej kolejności omówić i scharakteryzować. Rozszerzalność cieplna (lub inaczej dylatacja temperaturowa) ciał stałych jest to zjawisko polegające na wzroście objętości ciała wraz ze wzrostem jego temperatury.
Przy obserwacji makroskopowej jest to proces nieskomplikowany, w skali mikroskopowej przedstawia się następująco:
Aby zrozumieć proces rozszerzalności temperaturowej należy przytoczyć wykres energii oddziaływania międzycząsteczkowego (charakterystykę energii w funkcji odległości):
Wykres E1 przedstawia energię potencjalną związaną z przyciąganiem (siły Van der Waalsa, które występują w przypadku elektryzowania przez indukcję papierków przez naelektryzowaną laskę, a następnie ich elektrostatyczne przyciąganie – są to siły krótko-zasięgowe). Wykres E2 przedstawia energię potencjalną wynikającą z odpychania, natomiast wykres E3 – energię całkowitą. Wykresy E1 i E2 nie są symetryczne względem poziomej osi, dlatego energia całkowita E3 ma swoje minimum. Zgodnie z ogólną zasadą atomy ciała stałego będą dążyły do osiągnięcia minimum energetycznego, a więc najniższej wartości energii E3 na naszym wykresie. Atomy jednak wykonują drgania, a ponieważ wykres E3 nie jest symetryczny, punkty 1 i 2 (środkowe linii definiujących odległość) nie będą leżały w minimum, lecz będą się od niego oddalać na prawo. Skoro więc odległości średnie wszystkich drgających atomów będą rosły, to rezultatem będzie zwiększenie się wymiarów całego ciała.
Ilościowo rozszerzalność liniową ciał stałych charakteryzuje się podając dla danego ciała liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej. Podaje on o jaką część długości początkowej zwiększa się długość ciała stałego przy wzroście temperatury o 1° Celsjusza. Jednak nie wszystkie ciała rozszerzają się w jednakowy sposób. Istnieje podział na ciała:
-izotropowe (rozszerzają się jednakowo we wszystkich kierunkach)
-anizotropowe (posiadają różne współczynniki rozszerzalności temperaturowej w różnych kierunkach, co wynika ze struktury krystalograficznej)
O zmianie objętości informuje nas natomiast objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (określa o jaką część zwiększa się objętość substancji gdy temperatura wzrasta o 1° Celsjusza. Jego wartość jest trzykrotnie większa od współczynnika liniowego (gdyż objętość to zmiana wymiarów w trzech kierunkach).
Wahania temperatury występują na wszystkich morzach, lądach i kontynentach – we wszystkich częściach świata. Dlatego na całym spotyka się również zjawisko rozszerzalności cieplnej. Uwzględnić je trzeba we wszystkich dziedzinach naszego codziennego życia a także w przyrodzie.
Przykładowo mosty mogą być nawet o kilkadziesiąt centymetrów dłuższe latem niż zimą. W związku z tym, ich konstrukcje zawierają stalowe “grzebienie” (widoczne na rysunku), za których pomocą łączy się poszczególne elementy mostu. Mostów nie przyczepia się też sztywno do podłoża, lecz pod jednym z końców umieszcza się stalowe walce, dzięki którym koniec ten może się toczyć, a sama konstrukcja mostu wskutek rozszerzenia lub zwężenia nie ulega naruszeniu.
Linie energetyczne i przewody telefoniczne są luźno zawieszone i tworzą charakterystyczne łuki, dzięki czemu w zimie, gdy ulegną skurczeniu nie zrywają się. Linie energetyczne trakcji kolejowych i tramwajowych muszą być natomiast sztywno naciągnięte, aby rozszerzalność cieplna nie zmieniała wysokości na której wiszą (inaczej nie byłaby możliwość dostawy prądu do lokomotywy).
Podczas wstawiania szyb w ramie okna muszą zostać wolne miejsca, aby w przypadku zmian temperatury i przez to rozmiaru, szkło nie pękało.
Linie ciepłownicze doprowadzające wodę na powierzchnie ziemi nie mogą być proste. Wykonuje się specjalne kolanka, co umożliwia swobodne zmiany rozmiarów i kątów skręcenia, dzięki czemu rury te są w mniejszym stopniu narażone na pękanie i wyginanie.
Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą pozostawiając pomiędzy nimi przerwy (czego wynikiem jest charakterystyczny stukot podczas jazdy pociągiem) dzięki czemu nie dochodzi do ich sezonowego wypaczania. (obecnie stosuje się ukośne nacięcia dzięki czemu nie słychać już stukotu).
W miejscach, w których różnice temperatur dochodzą do wartości ekstremalnych (np poszycia kadłubów promów kosmicznych, czy elementy silników samochodowych) stosuje się odpowiednie technologie, które zmniejszają współczynniki rozszerzalności cieplnej używanych materiałów (w stali współczynnik ten zmniejsza się poprzez dodanie niklu). Oraz dobiera się odpowiednie luzy, aby umożliwić współpracę różnych elementów, które w innym wypadku zakleszczyłyby się.
W technice człowiek wykorzystał zjawisko rozszerzalności cieplnej do produkcji tak zwanych bimetali. Czym są bimetale? Otóż różne metale rozgrzewają się inaczej. Jeśli więc połączymy trwale dwie metalowe płytki, jeden rozszerzy się bardziej a drugi mniej. W wyniku tego zjawiska płytka złożona z dwóch metali wygnie się w stronę tego mniej rozszerzalnego. Płytki takie wykorzystuje się przy produkcji termostatów, żelazek, czujników dopływu gazu, bezpieczników temperaturowych i tym podobnych przedmiotów. Schemat działania przedstawię na rysunku.

Gdy bimetal jest w temperaturze pokojowej, przez obwód płynie prąd. Gdy natomiast temperatura zwiększa się, bimetal wygina się i obwód zostaje przerwany, aż do ostygnięcia bimetalu.

Jeśli zaś chodzi o współczynnik rozszerzalności cieplnej i jego wpływ na przyrodę, to chciałabym przytoczyć jeden, choć zdaje się najważniejszy ze wszystkich fakt pływania lodu (ciała stałego) w wodzie. Jak wiadomo woda ma największą gęstość w temperaturze 4°Celsjusza, a więc nawet w przypadku panujących niskich temperatur lód utrzymuje się na powierzchni, a nie tonie. Umożliwia to przetrwanie życia w głębokiej wodzie nawet przy bardzo mroźnych zimach i niskich temperaturach na powierzchni. Być może fakt ten zadecydował o tym, iż na Ziemi w ogóle mogło rozwinąć się życie.

Posted in Referaty | Leave a comment

Promieniowanie słoneczne

Promieniowanie Słoneczne
Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów.
Jeśli przyjąć założenie, że w czasie Wielkiego Wybuchu Układ Słoneczny stanowił jedną z drobin rodzącego się wszechświata, to Ziemia siłą rzeczy jest genetycznie związana ze Słońcem. Jej ewolucja jako planety oraz rozwój życia odbywają się więc w ścisłej zależności od przemian na Słońcu.
Około 3,8 do 3,5 miliarda lat temu temperatura na powierzchni Ziemi obniżyła się poniżej 100°C, co zapoczątkowało proces skraplania pary wodnej i formowanie się ciepłego oceanu. Woda pokrywająca powierzchnię kuli ziemskiej stanowiła czynnik niezbędny do wykształcenia się pierwszych organizmów żywych, które mogły wykorzystywać energię słoneczną do pewnej – przypuszczalnie beztlenowej – formy fotosyntezy. Na potwierdzenie tego faktu uczonym udało się wykazać podobieństwo chloroplastów (organelli odpowiedzialnych za fotosyntezę) współczesnych roślin do prymitywnych sinic, jakie żyły w prekambryjskim morzu. W następnym etapie ewolucji pojawiły się glony zdolne do fotosyntezy uwalniającej tlen. Był on również produkowany bezpośrednio z wody przez energię słoneczną powodującą jej rozpad (fotolizę) na cząsteczki wodoru i tlenu. Wprawdzie molekuły te bardzo prędko łączyły się z powrotem w cząsteczki wody, ale część wodoru jako najlżejszego z gazów ulatywała w przestrzeń kosmiczną, pozostawiając wolne cząsteczki tlenu. W ten sposób pod wpływem Słońca powstała atmosfera zawierająca tlen oraz rezerwa tego gazu w oceanie, umożliwiająca dalszą ekspansję oddychających nim organizmów. Gdy pierwsze stawonogi wyruszyły na podbój lądów, w atmosferze istniała warstwa ozonowa, która skutecznie pochłaniała najbardziej szkodliwe składniki słonecznego ultrafioletu.
Rola Słońca jako życiodajnej siły dla Ziemi nie zmieniła się przez 4,5 miliarda lat ewolucji naszej planety, chociaż samo Słońce podlegało w tym okresie przemianom. W ich wyniku wzrosło o około 25 procent natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych warstw atmosfery, czyli tak zwana stała słoneczna. Obecnie jej wartość wynosi około 1368 watów na metr kwadratowy (W/m2), choć w ciągu roku może ulegać niewielkim, na ogół nieprzekraczającym paru procent wahaniom w związku ze zmianą odległości Ziemi od Słońca. Również Ziemia nie jest taka sama, jak przed kilkoma miliardami lat. Wprawdzie skład atmosfery wydaje się ustalony od dość dawna, jednak warunki klimatyczne, a co za tym idzie – biogeneza, przechodziły różne koleje losu. Jedynie to, że tlenowce są podstawowymi formami życia już od końcowej fazy prekambru, nie budzi większych wątpliwości.
Podjęte w ciągu ostatniego stulecia badania Słońca ujawniły wiele nowych faktów dotyczących natury emitowanej przez nie energii. Po pierwsze udało się dokładnie rozpracować skład docierających do naszej planety wiązek promieniowania. W 99 procentach składa się na nie krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 0,1 do 4 mikrometrów (urn), z czego 45 procent przypada na promieniowanie widzialne, czyli światło, którego barwy zdolne jest zarejestrować ludzkie oko (0,38-0,76 urn). 46 procent stanowią promienie podczerwone, czyli fale dłuższe, od około 0,76 do około 2000 urn, odczuwane w postaci ciepła, a 8 procent to promieniowanie nadfioletowe (ultrafioletowe), o długości fali mniejszej od 0,38 urn. Pozostały l procent promieniowania słonecznego to promieniowanie elektromagnetyczne o większych i mniejszych długościach fal oraz emisja korpuskularna, w skład której wchodzą głównie protony i cząsteczki a. Nie odgrywa ono jednak większej roli w procesach biologicznych zachodzących na Ziemi.W trakcie przechodzenia przez atmosferę ziemską promieniowanie słoneczne ulega osłabieniu na skutek pochłaniania, odbicia i rozproszenia w atmosferze. Tylko niespełna 50 procent emisji słonecznej dociera od górnej granicy atmosfery na powierzchnię kuli ziemskiej. Na owe 50 procent składa się zarówno promieniowanie docierające do Ziemi bez zakłóceń (tzw. promieniowanie bezpośrednie), jak i znaczna część promieniowania rozproszonego. Promieniowanie. które osiąga powierzchnię Ziemi, ma nieco inny skład widmowy od pierwotnej wiązki słonecznej. Ultrafiolet zajmuje w nim jedynie około l procenta, gdyż jego resztę pochłania warstwa ozonowa, promieniowanie widzialne około 40 procent, a podczerwone aż 59 procent, co najlepiej tłumaczy przygruntowy wzrost temperatury. Najważniejsze dla organizmów jest promieniowanie bezpośrednie, którego wielkość zależy nie tylko od natężenia promieniowania słonecznego, ale i od wysokości Słońca na niebie, a więc szerokości geograficznej punktu obserwacji, a także jego wysokości nad poziomem morza. Stąd najbardziej nasłonecznione są okolice międzyzwrotnikowe i dlatego przy odpowiedniej wilgotności w nich właśnie żyje najwięcej gatunków roślin wiecznie zielonych. Istotne znaczenie ma również ukształtowanie terenu, a zwłaszcza ekspozycja stoków na promieniowanie. W wielu rejonach świata rośliny światłolubne, sady czy winnice można uprawiać jedynie na południowych, a więc najbardziej nasłonecznionych pochyłościach terenu. Promieniowanie rozproszone natomiast, to znaczy takie, którego promienie zmieniły swój kierunek z uporządkowanego na chaotyczny, co jest częstym efektem zetknięcia się wiązki promieni z przeszkodami w atmosferze (np. z chmurami i aerozolami atmosferycznymi, czyli rozproszonymi w powietrzu stałymi i ciekłymi cząsteczkami różnych związków stanowiącymi zanieczyszczenia atmosferyczne pochodzenia naturalnego, a także powstałe na skutek działalności człowieka), odgrywa bardzo istotną rolę, gdy niebo jest mocno zachmurzone i nie przepuszcza promieniowania bezpośredniego. Za jego pośrednictwem dociera wówczas do Ziemi światło słoneczne, choć tarcza Słońca pozostaje niewidoczna. W sytuacji długotrwałych zachmurzeń umożliwia ono prawidłowy przebieg procesów fotosyntezy i wzrost większości roślin. Zsumowana wartość promieniowania bezpośredniego i rozproszonego daje wielkość zwaną promieniowaniem całkowitym. Średnio w 43 procentach jest ono pochłaniane przez powierzchnię Ziemi. Pozostała jego część zostaje odbita od naszej planety i od cząsteczek powietrza. Najwięcej energii słonecznej pochłaniają wody oceaniczne, bo aż 95 procent. Dzięki temu woda kumuluje znaczne ilości ciepła, co pozwala przeżyć zamieszkującym w niej organizmom zarówno dobowe skoki temperatury, jak i zimowe ochłodzenie atmosfery. Śnieg natomiast odbija aż 85 procent promieniowania słonecznego, a tylko 15 procentom pozwala wniknąć pod swą powierzchnię. Zapewne dlatego podczas zimy wiele organizmów obniża swój metabolizm i zapada w sen zimowy, aby nie tracić zbyt wiele energii na utrzymanie temperatury ciała. Również piasek pustyni potrafi skumulować aż 70 procent ciepła, co chroni żyjące w nim organizmy przed znacznym obniżeniem temperatury każdej nocy. Wszystkie rodzaje ziemskiej nawierzchni charakteryzuje im tylko właściwa zdolność odbijania i pochłaniania światła. Określa ją wielkość zwana albedo, czyli stosunek promieniowania odbitego we wszystkich kierunkach do ilości promieniowania padającego na dane ciało, w tym wypadku jednostkę powierzchni. Energia słoneczna umożliwiła powstanie świata roślinnego, a co za tym idzie – stworzyła podstawy łańcucha pokarmowego dla innych organizmów, pozbawionych zdolności bezpośredniego jej wykorzystywania. Ale nie tylko do tego ogranicza się wpływ Słońca na biosferę. Obrót Ziemi dookoła własnej osi, nachylonej pod stałym kątem do płaszczyzny ziemskiej orbity okołosłonecznej, powoduje, że poszczególne punkty jej powierzchni otrzymują różną ilość światła słonecznego. To z kolei jest przyczyną różnej długości dnia i nocy w różnych częściach świata. Podobnie rzecz ma się z porami roku, które są wynikiem obiegu naszej planety wokół Słońca. W rezultacie zarówno strefy klimatyczne, jak i krainy fitogeograficzne (czyli rozmieszczenia roślin na kuli ziemskiej) są wynikiem działania określonej ilości energii słonecznej i z tego względu układają się równoleżnikowo. Pośrednio dotyczy to także zwierząt, zwłaszcza zmienno cieplnych. Jedynie człowiek, zasiedlając różne obszary Ziemi, nie ugiął się przed tym swoistym słonecznym reżimem, choć w skrajnie niekorzystnych warunkach, na przykład na Grenlandii czy w północnej Rosji, tylko niektóre grupy etniczne są w stanie mieszkać na stałe.
Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi, żyjącego w umiarkowanych warunkach klimatycznych, promieniowanie słoneczne ma również istotne znaczenie. Umożliwia bowiem przemianę ergosterolu (prowitaminy witaminy D2), zawartego w tkankach roślinnych, drożdżach oraz skórze, w witaminę D. Bez niej organizm ludzki nie jest w stanie rozwijać się prawidłowo. Brak słońca może także wpływać na obniżenie nastroju, stąd odnotowuje się częstsze depresje u ludzi późną jesienią i zimą.

Promieniowanie UV
filtry ochronne stosowane w kosmetyce.

Promieniowanie ultrafioletowe UV – jest najistotniejszym czynnikiem zewnętrznym wpływającym na proces starzenia skóry, którego głównym i naturalnym źródłem jest słońce.
Promieniowanie ultrafiloetowe to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 10 do 400 nm. . zostało podzielone na trzy główne zakresy wywołujące różne efekty biologiczne: UVC, UVB, UVA.
•Promieniowanie UVC charakteryzuje się najkrótszą długością fali ( do 290 nm), ma najwyższą energię – ale na nasze szczęście jest prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery otaczającej ziemię. Lampy stosowane w solariach nie emitują tego zakresu promieniowania.
•Promienienie UVB ma długość fali 290-320 nm i w skórze penetruje: naskórek i skórę właściwą. Ten zakres promieniowania jest głównie odpowiedzialny za odczyny rumieniowe pojawiające się po 12-24 godzinach od ekspozycji oraz pigmentację skóry rozwijającą się od 48 do 72 godzin od ekspozycji na światło. Przez długi czas uważanie była za główną przyczynę uszkodzenia skóry wywołanego światłem słonecznym. W wyniku jego działania dochodzi do powstawania wciąż pożądanej przez nas opalenizny. Niestety charakteryzuje się ono silnym działaniem rumieniotwórczym, powoduje tzw. oparzenia słoneczne, przyspiesza starzenie się skóry i sprzyja rozwojowi jej nowotworów. Z tych powodów do niedawna, chcąc uniknąć negatywnych skutków opalania używano kosmetyków zawierających związki chroniące wybiórczo – tylko promieniowanie UVB
•Promieniowanie UVA ma największą długość fali 320-400 nm. Zakres ten w ograniczonych dawkach nie wywołuje zaczerwienienia i zmiany zabarwienia skóry, Większe dawki natomiast (zwłaszcza w połączeniu z promieniowaniem UVB) mogą być przyczyną natychmiastowych odczynów rumieniowych oraz długo utrzymującej się hiperpigmentacji. Ze względu na długość fali UVA penetruje skórę znacznie głębiej niż UVB – dochodzi do tkanki podskórnej. Jest odpowiedzialne za główną przyczynę uszkodzeń skóry wywołanych promieniowaniem UV: fotostarzenie (photoageing), odczyny fotoksyczne i fotoalergiczne, nowotwory skóry. Jego natężenie jest takie samo przez cały dzień, od rana do wieczora, niezależnie od pogody oraz pory roku. Zimą jest równie intensywne jak latem. Przenika przez chmury, szyby okienne, samochodowe. Przyczynia się do zmian nowotworowych.
Zmiany w przebigu fotostarzenia skóry (photoageing)
ZMIANY KLINICZNEZMIANY HISTOPATOLOGICZNE
Wysuszenie/nierówność powierzchni Różna grubość warstwy rogowej
Rogowacenie słoneczne Atypia, przyspieszenie dojrzewanie kreatynocytów, przerost naskórka, nacieki zapalne
Zaburzenia barwnikowe
Piegi
Plamy soczewicowate
Punktowe odbarwienia
Trwałe przebarwienia
Nadmierna ilość przerosłych dopa-dodatnich melanocytów
Zwiększona liczba melanocytów i ich wysycenie melaniną
Zmniejszona liczba zmienionych melanocytów
Zwiększona liczba dopa-dodatnich melanocytów
Zmarszczki Brak zmian histologicznych
Elastoza Nagromadzenie się bezpostaciowych mas w skórze właściwej
Telangiektazje Rozdęte naczynia z zanikowymi ścianami
Purpura Wynaczynione erytrocyty
Zaskórniki Rozdęte aparaty mieszkowo-łojowe, przerost gruczołów łojowych

Filtry przeciwsłoneczne. – są to związki chemiczne wykorzystywane w kosmetykach, których podstawowym zadaniem jest ochrona skóry przed szkodliwym działaniem światła słonecznego. We współczesnych kosmetykach możemy spotkać dwie grupy filtrów. Pierwsza grupa stanowi związki chemiczne absorbujące (pochłaniające) energię niesioną przez promieniowanie słoneczne, drugą natomiast, przeżywającą obecnie swój renesans, tworzą filtry fizyczne, związki nieprzepuszczające promieniowania ultrafiloetowego, działają jak mikrolustra.
W kosmetykach nowej generacji stosowanych jest jednocześnie kilka związków, filtrów absorbujących i fizycznych, ponieważ tylko w ten sposób można zapewnić skórze skuteczną ochronę przed promieniowaniem ultrafiolefowym emitowanym przez słońce.

Z filtrów fizycznych wykorzystuje się obecnie przede wszystkim:
•dwutlenek tytanu (TiO2),
•tlenek cynku.
Związki te chronią przed UVB oraz przed częścią widma UVA.
Z filtrów chemicznych (absorbujących) należy wymienić takie związki jak:
•oktokrylen – ochrona przed UVB.
•trisiloxan drometrizolu i jego pochodne – chroni przed UVB i UVA, spotykany pod handlowymi nazwami silatrisol.
•butyl methoxydibenzoylomethane (Parsol 1789 ) – czyli avobenzon, który jest obecnie jednym z nielicznych związków chroniących przed promieniowaniem UVA .
Tinosorb M – jest najnowszej generacji filtrem . Chroni zarówno przed UVB jak i UVA. Posiada właściwość chemicznych i mineralnych, a to dzięki temu, że ma on postać mikronizowanego filtru chemicznego. Chroni przed promieniowaniem słonecznym działając w podwójny sposób. Z jednej strony dzięki mikronizowanej strukturze podobnie jak filtry mineralne rozprasza i odbija promienie słoneczne, z drugiej tak jak wszystkie filtry chemiczne pochłaniania energię światła słonecznego.

Dopiero użycie kilku filtrów w jednym kosmetyku (zarówno ficzycznych jaki i chemicznych) daje skórze odpowiednią ochronę. Najczęściej stosuje się kilka filtrów chemicznych i jeden filtr fizyczny.
Elementem nie poruszanym do chwili obecnej przez większość firm produkowanych kosmetyki jest ilość użytego preparatu, np. zastosowanie kosmetyku słonecznego z SPF 15 w zbyt małej ilości (jak to się w większości przypadków dzieje) powoduje iż współczynnik ochrony spada z 15 do np. 6 !. Nie wolno “żałować” kosmetyku. Kosmetyki słoneczne zawierać powinny związki o aktywności antyoksydacyjnej, np. witaminę E.
Po upalnym dniu, nie wolno zapomnieć o odpowiednim nawilżaniu skóry, kosmetykiem nawilżającym lub mleczkiem po opalaniu.

Co oznaczają skróty: SPF, PPD, IPD ?

SPF – ang. Sun protecitive factor lub IP – fr. Indie de protection. Tak zwany faktor ochrony przed promieniowaniem słonecznym. Oznacza stosunek ilości promieniowania ultrafioletowego powodującego oparzenie podczas stosowania filtra do ilości promieniowania powodującego taki sam stopień oparzenia bez jego zastosowania. W dużym uproszczeniu oznacza to, że np. jeżeli bez filtra u danej osoby rumień pojawi się po 20 minutach, to po zastosowaniu filtra z SPF = 15 czas ten wydłuży się do 15 x 20 minut i rumień rozwinie się wskutek przebywania na słońcu przez 5 godzin. Nie oznacza to jednak, że można przebywać bezpiecznie na słońcu zamiast 20 minut 5 godzin.
Produkt s SPF 2 blokuje 50% promieniowania , SPF 15 (93,3%), SPF 30 (96,7%) a SPF 50 (98%). Ponieważ różnice pomiędzy skutecznością filtrów o SPF 15 i SPF 30 jest niewielka, uważa się. że te pierwsze mogą być podstawowymi preparatami stosowanymi w zapobieganiu słonecznego starzenia się skóry i jego konsekwencji. Zadaniem kosmetyków ochronnych jest ochrona a nie wydłużenie czasu przebywania na słońcu. SPF określa zdolność kosmetyku do ochrony tylko przed rumieniotwórczym promieniowaniem UVB.

Uwaga ! kosmetyki o faktorze nawet powyżej 15 nie zawierające informacji o zdolności ochrony przed promieniowaniem UVA nie zapewnia odpowiedniej ochrony skórze. Powinno się używać wyłącznie kosmetyków wyraźnym nadrukiem na opakowaniu, że chronią przed promieniowaniem UVA i UVB.
Do tej pory nie powstała jednolicie używana skala określająca zdolność ochrony przez kosmetyki z filtrami, przed promieniowaniem UVA. Wynika to również z trudności znalezienia odpowiedniego klinicznego wykładnika UVA na organizm człowieka, który dałby się obiektywnie zmierzyć.
Ostatnio wiele firm stosuje IPD lub PPD ( ang. Immediate Pigmentation Darkening, Persistant Pigmentation Darkening). Wskaźniki te określają zdolność do ochrony przed promieniowaniem UVA ( im wyższe tym lepsza ochrona) . IPD i PPD kosmetyku określa się za pomocą pomiaru wywołanej przez promieniowanie UVA opalenizny natychmiastowej (IPD) lub trwałej (PPD) uzyskanej po ekspozycji skóry ochotników bez i z zastosowaniem różnych kosmetyków ochronnych. Niestety, np. wskaźnik PPD 10 spotykany na opakowaniu jednego producenta, nie musi odpowiadać wskaźnikowi PPD 10 innego producenta.

Pewnym rozwiązaniem jest tzw. standard australijski, mówiący, że kosmetyk zatrzymuje minimum 90% promieniowania UVA. W Stanach Zjednoczonych używa się również sformułowania, “broad spektrum”.

Podstawowe zasady ochrony skóry przed promieniowaniem ultrafioletowym.
1.Unikaj nasłonecznienia skóry i w czasie kiedy promieniowanie słoneczne jest najintensywniejsze – od godziny 11,00 do godziny 15,00 po południu. Zwracaj uwagę by dzieci zawsze w tym czasie były ubrane i bawiły się wyłącznie w cieniu.
2.Zawsze noś kapelusz z szerokim rondem, chłopcy mogą ewentualnie zakładać czapkę “bejzbolówkę”, suche, przewiewne ubranie z długim rękawem. Pamiętajmy, że promieniowanie UVA, przenika również przez ubranie, szczególnie przez cienkie materiały. Również mokre kostiumy kąpielowe nie zatrzymują w 100% promieniowania UV.
3.Stosuj bezwzględnie kosmetyki z filtrami ochronnymi. Używaj kosmetyków ze współczynnikiem ochrony SPF 15 – minimum, wyłącznie takich, które na opakowaniu zawierają informację, że chronią zarówno przed promieniowaniem UVB jak i UVA (preparaty chroniące wyłącznie przed rumieniotwórczym efektem promieniowania UVB znacznie wydłużają czas przebywania na słońcu, powodując jednocześnie większe narażanie skóry na równie szkodliwe promieniowanie UVA, nakładaj filtry ochronne na większe partie skóry narażonej na promieniowanie słoneczne, również na usta, nos, uszy.
4.Nie żałuj kosmetyku, aby ochrona była skuteczna musisz zastosować odpowiednią dawkę.
5.Chroń oczy. Noś okulary przeciwsłoneczne, najlepiej kupione u optyka.
6.Nie zapominaj o ustach – zabezpiecz je pomadką ochronną (SPF 17) – czerwień wargowa to również częste miejsce powstawania raka skóry.
7.Nakładaj kosmetyki z filtrami ochronnymi nie później niż 15-20 minut przed wyjściem z domu. Jeżeli zapomnisz o tym, to pamiętaj, że na ich założenie nie jest za późno, możesz to zrobić również na plaży, ale wówczas skuteczność ochrony może być mniejsza.
8.Ryzyko uszkodzenia skóry przez słońce jest większe na dużych wysokościach – np. podczas wspinaczki kosmetyków górach, wówczas gdy jest dużo śniegu, nad wodą, nie zapomnij, również, że słońce niszczy skórę również w pochmurne dni. Wówczas, szczególnie latem należy również stosować kosmetyki ochronne.
9.Większość kosmetyków z filtrami przeciwsłonecznymi powinna być nakładana na skórę co 3-4 godziny (najlepiej co 2 godziny) również po każdej kąpieli i spoceniu się.
- kosmetyk wodoodporny to taki, który zachowuje aktywność przez 40 minut przebywania w wodzie.
- kosmetyk extrawodoodporny przez 80 minut.
10.Ucz swoje dzieci używania kosmetyków kosmetyków filtrami przeciwsłonecznymi. Fotostarzenia skóry rozpoczyna się już we wczesnym dzieciństwie. Nie narażaj dzieci na przebywanie na słońcu bez potrzeby w okresie najintensywniejszego nasłonecznienia.
11.Pamiętaj nie ma bezpiecznego opalania. Nie ma zdrowej opalenizny. Również ta nabyta w solariach powoduje starzenie się skóry i zwiększa ryzyko rozwoju jej nowotworów.
12.Obserwuj swoją skórę dziecku, szczególnie znamiona. Jeżeli zauważysz zmianę zabarwienia, powiększanie się, krwawienie, czerwoną obwódkę wokół znamienia – zgłoś się do lekarza.
13.Jeżeli zażywasz jakieś leki spytaj się swojego lekarza, czy nie są to związki fotouczulające.
14.Nie stosuj na skórę przed opalaniem żadnych kosmetyków, leków które nie są przeznaczone do opalania (również perfum, wód toaletowych).

Posted in Referaty | Leave a comment

Załamanie światła, pryzmat, soczewki

Załamanie światła, pryzmat, soczewki

Załamanie światła
1.Zjawisko załamania polega na zmianie kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka przezroczystego do drugiego.
2.Zmiana kierunku promienia na granicy dwóch ośrodków spowodowana jest tym, że światło w różnych ośrodkach rozchodzi się z różnymi szybkościami.
3.Jeżeli w punkcie, w którym promień świetlny pada na powierzchnię dwa ośrodki, wystawimy prostą n prostopadłą do tej powierzchni, to:
Kątem padania () nazywamy kąt między promieniem padającym a prostą n,
Kątem załamania () nazywamy kąt między promieniem załamanym a prostą n.
4.Przy przejściu promienia światła z jednego ośrodka do drugiego rozróżniamy następujące przypadki:
Jeżeli promień przechodzi z ośrodka, w którym szybkość światła jest większa, do ośrodka, w którym jest ona mniejsza, to wówczas kąt załamania jest mniejszy od kąta padania ( < ).
Jeżeli kąt padania jest równy zeru, to promień światła przechodzi z jednego ośrodka do drugiego bez zmiany kierunku.
 Jeżeli promień przechodzi z ośrodka, w którym szybkość światła jest mniejsza, do ośrodka, w którym jest ona większa, to wówczas kat załamania jest większy od kąta padania ( < ). Gdy zwiększa się kąt padania to zwiększa się kąt załamania światła.

Przejście światła białego przez pryzmat
1.Przy przejściu światła białego przez pryzmat występuje nie tylko odchylenie światła od jego pierwotnego kierunku rozchodzenia się, ale również jego rozszczepienie, (czyli rozdzielenie) na kilka barw.
2.Światło białe jest mieszaniną barw: czerwonej, pomarańczowej, żółtej, niebieskiej i fioletowej. Szereg barw przechodzących w sposób ciągły jedna w drugą od czerwieni do fioletu nazywamy widmem światła białego.
3.Rozszczepienie światła białego jest spowodowane tym, że światło o różnych barwach rozchodzi się w ciałach przezroczystych z różnymi szybkościami, a więc również załamuje się pod różnymi kątami. Najszybciej rozchodzi się światło czerwone, a najwolniej światło fioletowe. Tylko w próżni prędkość rozchodzenia się światła o różnych barwach ma taką samą wartość.

Soczewki
1.Rozróżniamy soczewki wypukłe (grubsze w środku) i wklęsłe (cieńsze w środku). W powietrzu soczewki wypukłe skupiają, a wklęsłe – rozpraszają światło.
2.Wiązka promieni równoległych do głównej osi optycznej po przejściu przez soczewkę:
Skupiającą – zostaje skupiona w jednym punkcie, zwanym ogniskiem soczewki.
Rozpraszającą – staje się wiązką promieni rozbieżnych.
3.Soczewkę charakteryzują:
Główna oś optyczna – prosta poprowadzona przez środki krzywizn soczewki.
Dwa ogniska rzeczywiste (w soczewkach skupiających) – położone po przeciwnych stronach soczewki punkty, w których przecinają się po przejściu przez soczewkę promienie padające na nią równolegle do osi optycznej.
Dwa ogniska pozorne (w soczewkach rozpraszających) – położone po przeciwnych stronach soczewki punkty, w których przecinają się po przejściu przez soczewkę przedłużenia promieni padających na nią równolegle do głównej osi optycznej.
Ogniskowa (f) – odległość każdego ogniska od środka soczewki.
Zdolność skupiająca soczewki (Z) – równa odwrotności ogniskowej Z = 1/f wyrażona w dioptriach (D).

Obrazy otrzymywane za pomocą soczewki
1.Za pomocą soczewki możemy otrzymać obraz święcącego lub oświetlonego przedmiotu. W niektórych przypadkach będzie to obraz rzeczywisty, który obserwujemy na umieszczonym w odpowiednim miejscu na ekranie, a w niektórych pozorny.
2.Dla soczewki skupiającej w zależności od odległości x przedmiotu od soczewki o ogniskowej f, rozróżniamy przypadki:
x > 2f – otrzymujemy obraz rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.
x = 2f – otrzymujemy obraz rzeczywisty , odwrócony i powiększony.
x < f – otrzymujemy obraz pozorny, prosty i powiększony.
3.W przypadku soczewki rozpraszającej, niezależnie od odległości przedmiotu od soczewki, zawsze otrzymujemy obraz pozorny, prosty i pomniejszony.
4.Przyrządy, w których otrzymujemy obrazy rzeczywiste:
Oko
Aparat fotograficzny
Aparat filmowy
Episkop
Diaskop
Rzutnik pisma
5.Przyrządy, w których otrzymujemy obrazy pozorne:
Lupa
Mikroskop
Lornetka
Luneta astronomiczna
6.Soczewki skupiające:
Dwuwypukła
Płaskowypukła
Wklęsłowypukła
7.Soczewki rozpraszające:
Dwuwklęsła
Płaskowklęsła
Wypukłowklęsła

Posted in Notatki | Leave a comment

Optyka, czyli nauka o świetle

Optyka, czyli nauka o swietle

Źródła światła – nazywamy nimi ciała, które wytwarzają światło.

Naturalne: Słońce, inne gwiazdy, niektóre organizmy żywe, błyskawice;
Sztuczne: żarówka, lampa uliczna, neony, sztuczne ognie;
Wtórne: Księżyc, planety, znaki drogowe;

Oprócz gorących źródeł światła wyróżniamy zimne źródła światła (zjawiska zimnego światła nazywamy luminescencją). Rozróżniamy trzy rodzaje tego zjawiska:

Bioluminescencja
Fosforescencja
Fluorescencja

Światło rozchodzi się w danym ośrodku ze stałą prędkością. C= 300 000 km/s

W ośrodkach jednorodnych (np. w próżni) światło porusza się po liniach prostych.

Jeżeli światło na swej drodze napotka ciało nieprzezroczyste, (czyli takie, które nie przepuszcza światła), na ekranie lub innym przedmiocie powstaje cień tego ciała.

Jeśli na drodze promieni świetlnych ustawimy różne ciała to zaobserwujemy zjawiska:

Przenikania (ciała przezroczyste, np. szyba)
Odbijania (np. lustra)
Rozpraszania
Pochłaniania

Zwierciadłem lub lustrem nazywamy gładki, wypolerowany przedmiot. Zwierciadłem płaskim nazywamy takie zwierciadło, którego powierzchnia jest częścią płaszczyzny. Dobrze odbija światło.

Jeżeli w punkcie, w którym promień świetlny pada na powierzchnię zwierciadła, wystawimy prostą n prostopadłą do tej powierzchni, to:

kątem padania nazywamy kąt między promieniem padającym a prostą n,
kątem odbicia nazywamy kąt między promieniem odbitym a prostą n.

Prawo odbicia: Światło odbija się od powierzchni ciał zawsze w takim kierunku, że kąt odbicia równy jest kątowi padania (=). Promień padający, promień odbity i prostopadła do powierzchni zwierciadła wystawiona w punkcie padania leżą w jednej płaszczyźnie.

Przedmioty, które nie są źródłami światła, widzimy dlatego, że padające na nie światło zostaje rozproszone i część promieni świetlnych dociera do naszych oczu.

Obraz, który widzisz w lustrze jest obrazem pozornym.

Przy konstruowaniu obrazu powstającego w zwierciadłach płaskich wystarczy uwzględnić przynajmniej dwa promienie wysyłane przez dowolny punkt źródła i padające na powierzchnię lustra: jeden np. prostopadle, a drugi – dowolnie.
Obraz powstaje w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni odbitych od powierzchni lustra.
Jeżeli źródłem światła jest przedmiot o pewnych rozmiarach, wówczas przy konstruowaniu jego obrazu wystarczy znaleźć obraz dwóch skrajnych punktów tego źródła.
Powstały obraz jest obrazem pozornym i symetrycznym względem płaszczyzny zwierciadła.

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Rozróżniamy zwierciadła kuliste wklęsłe i wypukłe.

Punkt, przez który przechodzą po odbiciu od powierzchni zwierciadła kulistego wklęsłego promienie świetlne, padające równolegle do osi głównej, zwany jest ogniskiem tego zwierciadła.

Odległość ogniska od środka czaszy zwierciadła nazywamy ogniskową.

Ogniskowa zwierciadła wklęsłego równa jest w przybliżeniu połowie jego promienia krzywizny.
f = r/2

Zwierciadło kuliste wypukłe posiada ognisko pozorne. Wiązka promieni równoległych do osi głównej po odbiciu od powierzchni zwierciadła staje się wiązką promieni rozbieżnych.

Środek krzywizny – jest nim środek kuli (O),
Promień krzywizny – jest nim promień kuli (r),
Oś główną – którą jest prosta przechodząca przez środek krzywizny (O) i środek czaszy zwierciadła (S).

Posted in Notatki | Leave a comment

Rola fal dźwiękowych w przyrodzie

ROLA FAL DŹWIĘKOWYCH W PRZYRODZIE

Czym jest dźwięk?

W życiu codziennym człowiek spotyka się z wieloma różnymi dźwiękami i odgłosami. Nasze ucho jest doskonale przystosowane do odbierania tych fal głosowych. Dzięki małżowinie usznej dźwięki z naszego otoczenia wpadają do kanału słuchowego, gdzie wprawiają w ruch błonę bębenkową i przedostają się dalej ślimakiem do nerwów słuchowych. Potem przechodzą do ośrodka słuchu w korze mózgowej (płat skroniowy), gdzie są odbierane i interpretowane. Nauka zajmująca się własnościami dźwięku nazywana jest akustyką.

Dźwięk to po prostu fale rozchodzące się w powietrzu, które mogą być zidentyfikowane przez nasze uszy. Fale dźwiękowe można porównać do fale wody, z tą tylko różnicą, że poruszają się szybciej, około 1224 km/h oraz rozchodzą się w trzech płaszczyznach. Ciała wytwarzają dźwięki, drgając lub szybko poruszając się tam i z powrotem. W ten sposób w otaczającym powietrzu powstają fale dźwiękowe. Prawie każde ciało może drgać, wytwarzając dźwięki. Niekiedy drgania te można zauważyć gołym okiem. Dźwięki są drganiami, które odbieramy za pomocą słuchu. Inaczej niż w przypadku promieniowania elektromagnetycznego, dźwięk musi rozchodzić się w ośrodkach stałym, ciekłym lub gazowym.

Wśród wrażeń słuchowych rozróżniamy tony, dźwięki i szmery. Tony odpowiadają drganiom harmonicznym źródeł o jednej, ściśle określonej częstotliwości. Dźwięki powstają wtedy, gdy źródło, prócz fali podstawowej, o częstotliwości najmniejszej wysyła fale harmoniczne o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości fali podstawowej.
Szmery zaś SA to wrażenia słuchowe powstające wtedy, gdy do ucha dochodzą fale o różnych, dowolnych częstotliwościach. Nakładanie się bardzo dużej liczby tonów o dowolnej charakterystyce prowadzi do wrażenia hałasu. Tony proste występują niesłychanie rzadko. Dźwięk wydawany przez kamerton jest zbliżony do tonu prostego, gdyż jego składowe drgania harmoniczne są stosunkowo bardzo słabe w porównaniu z tonem podstawowym

Dźwięk to zaburzenie falowe w ośrodku sprężystym zdolne do wywołania wrażenia słuchowego, a także wrażenie słuchowe wywołane tym zjawiskiem. Dźwięki stanowią zachodzące z odpowiednią częstotliwością zmiany ciśnienia akustycznego. Źródłem dźwięku są ciała drgające i zawirowania powietrza. Dla człowieka słyszalne są dźwięki w zakresie częstotliwości 16 Hz – 20000Hz. Dźwięki o częstotliwości mniejszej to infradźwięki, większych ultradźwięki, hiperdźwięki.

Powietrze wokół nas jest czasem jak wzburzone morze dźwięków – ale właściwie co to jest dźwięk?

Są to fale sprężonego powietrza. Wprawiają one w ruch drgający miliardy miliardów cząsteczek w każdym centymetrze sześciennym powietrza.(Na przykład dźwięk “średnie C” to fala wykonująca 256 drgań na sekundę. Ponieważ dźwięk rozchodzi się w powietrzu z prędkością około 340 metrów na sekundę, to długość takiej fali wynosi około 1,33 metra).

ULTRADŹWIĘKI
Co to są ultradźwięki?

Ultradźwięki (naddźwięki) są to fale sprężyste o częstotliwościach znajdujących się powyżej górnej granicy słuchu człowieka to znaczy powyżej 20 kHz. Ultradźwięki to fale akustyczne o częstotliwości wyższej niż 16 kHz (to znaczy 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.

Sposoby wytwarzania ultradźwięków..
1. Metody mechaniczne:

Tradycyjne mechaniczne układy drgające, jak płytki, struny oraz wszelkiego rodzaju gwizdki i syreny (wykorzystujące przepływ płynu lub gazu) były używane jako pierwsze generatory (urządzenia lub maszyny do wytwarzania określonego czynnika energetycznego)fal ultradźwiękowych. Mechaniczne układy przepływowe do wytwarzania ultradźwięków stosuje się w powietrzu i cieczach, i są to zazwyczaj syreny i piszczałki umożliwiające wytworzenie dużych mocy akustycznych przy częstotliwościach nie przekraczających kilkudziesięciu kHz.

Jedną z ciekawszych metod mechanicznego wytwarzania ultradźwięków o stosunkowo szerokim widmie częstotliwości jest metoda udarowa polegająca na wytworzeniu deformacji (odkształcenia) przy zderzeniu stałych ciał sprężystych np. uderzenie małej kuli stalowej o bryłę (płytę, blok, itp.) ciała stałego powoduje powstanie fal sprężystych, których częstotliwości mogą sięgać 100kHz..
Do mechanicznych metod wytwarzania ultradźwięków szerokopasmowych należy także wykorzystanie zjawiska tarcia między ciałami stałymi. Generowane sygnały zależą od prędkości poruszania się i stanu trących o siebie powierzchni.

2. Metody termiczne:

Klasycznymi źródłami termicznymi ultradźwięków są wyładowania elektryczne w płynach. Stosując periodyczne lub impulsowe nagrzewania przewodników, a także wyładowania iskrowe można uzyskiwać w cieczach stosunkowo duże natężenia dźwięków i ultradźwięków. Wydajność takich źródeł nie jest duża (około 1%), jednakże przy wytwarzaniu bardzo krótkich impulsów uzyskiwane moce mogą być znaczne. Jako metodę termicznego wytwarzania ciągłej fali akustycznej wykorzystuje się ciepło Joule’a-Lenza wytwarzane przez przewodnik, przez które płynie prąd stały zmodulowany prądem zmiennym o określonej częstotliwości. Przewodnik taki może stanowić także łuk elektryczny, który jest strumieniem jonów. Płynący prąd jonowy modulowany (modulacja- proces fizyczny polegający na oddziaływaniu pewnego przebiegu wielkości fiz.) z dużą częstotliwością stanowi drgające źródło promieniujące ultradźwięki. Urządzenie takie zaopatrzone w odpowiednią tubę nazywa się jonofonem. Metodami tego rodzaju wytwarzano ultradźwięki o częstotliwościach sięgających kilkuset kHz.

3.Magnetostrykcja:

Jest to zmiana długości rdzenia magnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid (walcowa cewka powietrzna [bez rdzenia] w postaci przewodu elektrycznego) nawinięty na ten rdzeń. Zjawisko to znalazło zastosowanie w licznych urządzeniach przemysłowych, w których drgania ultradźwiękowe są wytwarzane zazwyczaj w zakresie niskich częstotliwości.

4.Odwrócenie efektu piezoelektrycznego:

Efekt ten zachodzi w różnych minerałach, np. kryształach kwarcu lub turmalinu. Polega na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu lub innego minerału szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Powoduje to do rozszerzenia lub skurczenia grubości płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości. Sposób ten jest wykorzystywany w generatorach mających zastosowanie w lecznictwie.

5. Metody optyczne:

W zależności od własności światła laserowego i sposobu jego oddziaływania z materialnym ośrodkiem można w nim wytworzyć fale sprężyste w szerokim zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do zakresu hiperdźwiękowego. Metoda ta jest bezkontaktowa i umożliwia wzbudzanie bardzo krótkich impulsów o nano- i pikosekundowych czasach trwania, przy czym amplitudy impulsów sprężystych mogą być bardzo małe oraz bardzo duże w zależności od mocy użytych laserów. W zależności od uformowania wiązki laserowej wzbudzania mogą być zlokalizowane nawet na bardzo małych powierzchniach, co także ma duże znaczenie praktyczne.
Zastosowanie ultradźwięków
• Ultrasonografia, USG, badanie narządów wewnętrznych za pomocą fal ultradźwiękowych. Metoda diagnostyczna oparta na zjawisku echa ultradźwiękowego. Informacje uzyskane tą metodą mogą być przedstawione na ekranie oscyloskopowym w postaci impulsów lub w postaci obrazu rozkładu tkanek normalnych i patologicznych.

Fale dźwiękowe w wodzie

Dźwięk w wodzie potrafi rozchodzić się na setki mil morskich. Sam ocean jest środowiskiem bardzo hałaśliwym: fale morskie, ławice ryb, statki morskie, platformy wiertnicze. W tym zgiełku “ciszy” przemierzają głębiny okręty podwodne. Szum własny okrętu podwodnego może być słyszalny w odległości ponad 1000 km (nawet jeżeli posiada tylko 1% energii mierzonej). Znajomość prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie ma zasadnicze znaczenie w taktyce zwalczania okrętów podwodnych. Na zdjęciu przyrząd do pomiaru tych prędkości używany przez jednostki nawodne, pozwalający mierzyć je z dokładnością do 0,25 m/s do głębokości 2.000 m. Dane przekazywane są bezpośrednio do komputera pokładowego gdzie są gromadzone, przetwarzane i analizowane. Wykrycie okrętu podwodnego nie jest jednak takie proste, gdyż jeżeli przetwornik hydrolokatora ułożony jest poziomo, a słup wody przekracza 3650m głębokości to odbicie fali dźwiękowej od dna spowoduje odgięcie toru i powrót na powierzchnię w bardzo oddalonym miejscu. Powstająca duża luka może służyć jako idealna kryjówka dla okrętu podwodnego. Na płytszych wodach użycie hydrolokatora może być mniej skuteczne, gdyż fale dźwiękowe mogą być tłumione jeśli dno jest mulaste, gliniaste czy piaszczyste a inne przy dnie skalistym.W wodzie są warstwy rozpraszające składające się z jednej warstwy zasadniczej i trzech podwarstw zawierających zooplankton i fitoplankton, które również odbijają i rozpraszają fale dźwiękowe. Ważnym elementem do zwalczania okrętów podwodnych jest termoklina. Termoklina oddziałuje na prędkość dźwięku, a w przypadku występowania ciągłej termokliny prędkość ta spada do minimum. Taka warstwa ma właściwość przenoszenia fal dźwiękowych na ponad 1000 km.

Rozchodzenie się fal dźwiękowych:

Stopień zasolenia waha się w granicach od 32 do 37 części tysiącznych (promili), lecz w fiordach może spaść nawet do 23. Poniższy wykres przedstawia prędkość dźwięku w wodzie, której zasolenie wynosi 35 promili. Dla przykładu na głębokości 948 m i w temperaturze 5oC prędkość wynosi 1.494 m/s Stopień zasolenia jest zmienny. Wykres wskazuje sposób określenia poprawki na zmianę prędkości dźwięku w wodzie w zależności od zmiany zasolenia. Dla przykładu jeżeli stopień zasolenia wynosi 30 promili to prędkość dźwięku wynosi 1.494 m/s minus 7,9 m/s co daje 1.486 m/s.

Infradźwięki

Infradźwięki to drgania ośrodka gazowego lub cieczy. Ich częstotliwość jest poniżej słyszalnej. Zakres infradźwięków umownie przyjmuje się jako pasmo o częstotliwościach od 0,1 do 20Hz. Infradźwięki występują naturalnie w przyrodzie. Najczęściej łączą się z dźwiękami słyszalnymi o niskich częstotliwościach. Człowiek na ich oddziaływanie jest narażony głownie w środkach transportu i w zakładach przemysłowych.
Fale Infradźwiękowe mogą oddziaływać na cały organizm człowieka na wiele sposobów. Przede wszystkim infradźwięki wywołują drgania rezonansowe ludzkich organów takich jak: przepona brzuszna, klatka piersiowa, przepona brzuszna, organy trawienne. Chwilowe oddziaływanie fal powoduje trudności w oddychaniu, a dłuższe poddawanie się oddziaływaniu infradźwięków powoduje zaburzenia układu trawiennego. Podobnie jak przy spożyciu większej ilości alkoholu infradźwięki powodują zachwiania równowagi, trudności w skupieniu się, zmniejszenia ostrości widzenia oraz zmniejszenie refleksu. Granica bólu oraz próg odczuwania wrażeń pochodzących od infradźwięków określa się podobnie jak dla dźwięków słyszalnych. Zakresy oddziaływania infradźwięków można podzielić w ten sposób:
- Poniżej 120dB. Krótkie oddziaływanie infradźwięków na człowieka nie jest szkodliwe. Skutki długiego przebywania pod ich wpływem nie są jeszcze znane.
- Między 120 a 140dB. Przebywanie w polu takich fal może wywoływać uczucie zmęczenia oraz lekkie zaburzenia procesów fizjologicznych.
- Między 140 a 160dB. Nawet, krótkie dwuminutowe działanie infradźwięków powoduje zachwiania równowagi i wymioty. Dłuższe oddziaływanie może wywołać trwałe uszkodzenia organiczne.
- Powyżej 170dB. Poddane takim falą zwierzęta zmarły z powodu przekrwawienia płuc (testów na ludziach nie przeprowadzano).
Najgroźniejsze dla człowieka są fale ze źródeł sztucznych. Najsilniejsze są fale wywołane wybuchami jądrowymi oraz termojądrowymi. Kolejnym zagrożeniem jest lotnictwo ponaddźwiękowe. Samolot pokonując barierę dźwięku wytwarza fale uderzeniową o bardzo dużej amplitudzie. Przenoszona energia zależy od wielkości samolotu. Wojskowe samoloty pościgowe wytwarzają fale maksymalnie 20Hz. Natomiast ciężkie wycofane z eksploatacji samoloty Concorde 0,2Hz. Infradźwięki są emitowane również przez statki i łodzie motorowe z silnikami Diesla. Mniejsze fale są wytwarzane także przez pociągi, samochody, maszyny udarowe (np. młoty pneumatyczne), a także telefony komórkowe. Głównym przemysłowym źródłem infradźwięków są szybkie przepływy gazowe. Występujące np. w dmuchawach. Mogą one osiągnąć poziom 120dB. Naturalnymi generatorami infradźwięków są ruch powietrza i wody. Falowanie powierzchni wód jest słyszalne, ale wchodzi również w zakres infradźwiękowy. Są to fale o bardzo niskich częstotliwościach rzędu 0,2Hz. Również wiatr opływający wysokie budynki wydziela fale infradźwiękowe o natężeniu przekraczającym 100dB. Według naukowców właśnie te fale będą bardzo uciążliwe dla ludzkości.

Natężenie dźwięku

Ponieważ ucho zbiera tę energię tylko z obszaru jaki samo zajmuje, więc dla wrażenia głośności istotna jest energia padająca w jednostce czasu na jednostkę powierzchni (Co z tego, że dźwięk ma wielką energię, jeżeli wydziela się ona przez rok rozkładając się na obszar boiska sportowego?…).
Wielkość wyznaczana jako energia fali dźwiękowej dzielona przez czas i powierzchnię, przez którą ta energia przenika? Nazywana jest natężeniem fali dźwiękowej.
Natężenie progu słyszalności

Minimalna wartość natężenia fali dźwiękowej, którą człowiek może jeszcze usłyszeć wynosi: 10-12 W/m2 (jedna bilionowa wata na metr kwadrat). Moc związana z tym natężeniem jest niezwykle mała, a fakt że w ogóle może być przez ucho rejestrowania świadczy bardzo dobrze o możliwościach naszych zmysłów. Dźwięki o natężeniach poniżej progu słyszalności są zbyt ciche, aby mogły być usłyszane. Faktem jest jednak, że podana wartość natężenia progu słyszalności została wyznaczona w wyniku badań wielu ludzi i jest pewną średnią statystyczną. Dlatego może się zdarzyć, że wyjątkowo dobrze słyszący ludzie będą w stanie usłyszeć dźwięku o natężeniu mniejszym niż podana wyżej wartość 10-12 W/m2.
Na rysunku obszar zakreskowany na niebiesko jest “obszarem słyszalności”. Dźwięki z zakresu pod tym obszarem są zbyt ciche, aby mogły być słyszalne, dźwięki powyżej tego obszaru są tak głośne, że nie daje się ich wyróżnić jako dźwięk (człowiek nie rozróżnia ich wysokości i barwy, czując jedynie ból w uszach)

Natężenie progu bólu

Gdy natężenie fali dźwiękowej przekroczy wartość ok. 1 W/m2, wtedy dźwięk staje się zbyt silny jak na możliwości ludzkiego ucha. Wtedy przestaje ono rozróżniać cechy tego dźwięku i reaguje bólem. “Zwykłe”, słyszalne dźwięki, mają natężenie zawarte gdzieś pomiędzy progiem słyszalności, a progiem bólu.
Poziom natężenia dźwięku, decybel
Uświadomienie sobie faktu, że nie wszystkie dźwięki i tej samej energii są przez ludzkie ucho rozpoznawane jako tak samo głośne, to dopiero początek problemów związanych z pojęciem głośności. Następnym problemem jest fakt, że ucho działa “nieliniowo”.
Oznacza to, że 2 razy większe natężenie dźwięku wcale nie jest przez nas odbierane jako 2 razy głośniejszy dźwięk. Ucho dokonuje silnego “spłaszczenia” odczuwania głośności – dźwięk, który odczuwamy jako kilka razy głośniejszy od początkowego, ma w rzeczywistości energię dziesiątki, a nawet setki razy większą. Dokładniej – nasz narząd słuchu logarytmuje natężenie dźwięku, co powoduje, że 2 razy większe natężenie dźwięku odpowiada zwiększeniu głośności o wartość proporcjonalną do “logarytmu z dwóch”. Wszystko to powoduje, że wprowadza się wielkość zwaną poziomem natężenia dźwięku – uwzględniającą logarytmiczny charakter odczuwania głośności.

Poziom natężenia dźwięku określa się w jednostkach:

Przykłady :
Szum liści to 10 dB Rozmowa to 30 – 60 dB Orkiestra 50 – 70 dB Start odrzutowca 120 – 140 dB Start Rakiety 150 – 190 dB
Bel – jednostka miary wielkości ilorazowych. W wypadku pomiaru mocy (zwykle w zastosowaniach w elektronice):1B = log (Po/Pi) gdzie Po to moc wyjściowa, a Pi – moc wejściowa. Często stosuje się jednostkę podwielokrotną, decybel:1dB = 1/10 B W innych zastosowaniach zamiast stosunku mocy występuje stosunek dowolnych innych wielkości fizycznych charakteryzujących pewien układ .Jednostkę tę stosuje się zwłaszcza w tych dziedzinach, gdzie mamy do czynienia z detekcją lub pomiarem wpływu sygnału czy zjawiska na układy biologiczne (głośność, moc akustyczna, stopień wzmocnienia sygnału itp.), które reagują na sygnały zgodnie z prawem Webera- Fishera, czyli w sposób nieliniowy. Zawsze określa się przy tym pewien poziom odniesienia, w stosunku do którego obliczany iloraz; np. w przypadku wielkości akustycznych poziomem odniesienia jest zazwyczaj próg słyszalności, albo inna zbliżona wielkość, np. 10-12 W/m². Głośność 60 dB (rzadko używane bywa w takich przypadkach równoważne 6 B) oznacza zatem, że sygnał akustyczny jest milion razy (106× ) silniejszy od progu słyszalności, a 90 dB – miliard razy (109× ) od tego progu.
Decybel- dB, jedna dziesiąta bela B, jednostki używanej przy wyrażaniu wielkości ilorazowych.

Echo

W wyniku odbicia fal dźwiękowych występuje zjawisko zwane echem. Obserwujemy je wtedy, gdy fala dźwiękowa napotyka na swojej drodze przeszkodę, odbija się od niej i wraca do ucha obserwatora powodując powtórzenie wrażenia dźwiękowego. Nie każde jednak odbicie fali powoduje echo. Zjawisko to występuje tylko na dużych przestrzeniach. W małych pomieszczeniach ściany są zbyt blisko by można było usłyszeć echo
Aby to zaszło czas musi być dłuższy niż 0,1 sekundy ponieważ taka jest rozdzielczość czasowa ucha. Przeszkoda odbijająca musi więc znajdować się dalej niż 17 metrów. Jeśli odbicie następuje od przeszkody bliższej dźwięki się zlewają i mamy pogłos. Pogłos zniekształca odbierane dźwięki i powoduje zmęczenie i rozdrażnienie. Dlatego też sale koncertowe i widowiskowe wyłożone są materiałami pochłaniającymi dźwięki.

Pogłos

Gdy dźwięk odbija się od ścian w pomieszczeniu, zwykle ma do przebycia stosunkowo niewielką odległość. Kolejne odbite dźwięki docierają do naszych uszu tak szybko po sobie, że nie odbieramy ich jako wyraźnego echa. Dźwięk taki może wędrować po pomieszczeniu ulegając wielokrotnemu odbiciu od ścian, szczególnie, gdy są one wyłożone bardzo twardym materiałem, jak na przykład kafelki w łazience. Wtedy poszczególne echa nakładają się na siebie przedłużając trwanie dźwięku. Zjawisko to nosi nazwę pogłosu. Jest zjawiskiem akustycznym. Miarą pogłosu jest czas trwania. Czas pogłosu jest jedną z podstawowych wielkości określających warunki akustyczne sal koncertowych, studiów.

Hałas

Hałasem przyjęto nazywać każdy dźwięk, który w danych warunkach jest określany jako szkodliwy, uciążliwy lub przeszkadzający w normalnym funkcjonowaniu. Stopień uciążliwości hałasu zależy, więc nie tylko od fizycznych parametrów dźwięku, ale również od nastawienia odbiorcy. Tak, więc:
*każdy hałas jest dźwiękiem i jednocześnie nie każdy dźwięk jest hałasem
* ten sam dźwięk przez jedną osobę może być oceniony jako przyjemny i pożądany, a przez inną osobę jako uciążliwy i szkodliwy, a więc – jako hałas.

Podstawowe źródła hałasu

Do głównych źródeł hałasu możemy zali
* urządzenia i instalacje przemysłowe, a także inne źródła stacjonarne,
* źródła mobilne, w tym przede wszystkim:
* samochody
* tramwaje
* samoloty
* kolej

Wpływ hałasu na zdrowie

Hałas jest szkodliwy dla zdrowia; stały i uciążliwy hałas męczy nas psychicznie i fizycznie, pogarsza nasze samopoczucie. Głośne dźwięki mogą nie tylko przeszkadzać w spokojnym śnie i uniemożliwić odpoczynek, ale uporczywy i uciążliwy hałas może również osłabić naszą koncentrację, wyzwolić agresję. Już starożytni Chińczycy znali zabójczą moc hałasu i “przeciwników Boga” skazywali na śmierć przez hałas, gdyż karę tę uznawali za najcięższą.
Uciążliwy hałas prowadzi do utraty słuchu, a nawet do zupełnej głuchoty. Głuchota znajduje się na czele listy chorób zawodowych, przygotowanej przez Światową Organizację Zdrowia. Szkodliwy dla zdrowia jest już stały hałas o natężeniu 65 dB, co odpowiada szumowi głośno grającego telewizora. Przy hałasie o sile 85 dB, trwającym dłużej niż 8 godzin dziennie, powstaje niebezpieczeństwo utraty słuchu. Natomiast hałas o natężeniu powyżej 130 dB jest nie tylko bolesny, ale taki, nawet krótkotrwały, hałas może uszkodzić słuch w sposób nieodwracalny.
Pod wpływem hałasu rośnie napięcie nerwowe. Hałas jest jednym z czynników stresowych, który działa na organizm człowieka poprzez uwalniane w organizmie substancje chemiczne, m.in. różne hormony. Jednym z nich jest adrenalina (hormon strachu, walki, ucieczki), która uwalnia glukozę z wątroby, umożliwia uwolnienie kwasów tłuszczowych z ich zapasów w tkance tłuszczowej, po to by stanowiły źródło energii dla pracy mięśni. Ponieważ jednak człowiek nie ucieka, glukoza i kwasy tłuszczowe nie ulegają spaleniu w mięśniach. Niespalone metabolity zmieniają się w cholesterol, który odkłada się na ściankach naczyń krwionośnych. Stąd już tylko krok do nadciśnienia, zawału serca lub udaru mózgu. Lekarze już dawno stwierdzili korelację między zawałami serca a natężeniem hałasu.
Hałas przyspiesza i pogłębia zmęczenie, tłumi słyszalność mowy i akustycznych sygnałów ostrzegawczych, przytępia ostrość widzenia, bystrość obserwacji oraz wpływa na opóźnienie reakcji obronnych, zwiększając znacznie możliwość nieszczęśliwych wypadków. Badania lekarzy wykazały, że hałas komunikacyjny jest jedną z przyczyn powodujących liczne choroby układu nerwowego, serca, układu pokarmowego i żołądka, układu mięśniowo-stawowego, a także zakłócenia równowagi emocjonalnej.
Hałas szkodzi naszemu zdrowiu w stopniu co najmniej takim jak zanieczyszczone powietrze, przy czym zasięg uciążliwości hałasowej w środowisku miejskim ciągle się powiększa, poziom hałasu wzrasta. Z hałaśliwymi ulicami spotkać się możemy również w małych miastach i na terenach wiejskich, przez które prowadza ruchliwe tarasy samochodowe. Przejazdy pojazdów samochodowych emitują nie tylko hałas, przyczyniają się do powstawania drgań (wibracji), które przenoszone są na konstrukcje budynków. W efekcie mieszkańcy budynków stojących bezpośrednio przy trasach samochodowych narażeni są na uciążliwe i bardzo szkodliwe dla zdrowia wibracje. W zasięgu uciążliwości hałasu komunikacyjnego znajduje się ok. 60% mieszkańców naszego kraju.
Walka z hałasem

Istnieje wiele metod ochrony przed hałasem w pracy. Najskuteczniejszą metoda jest niepodejmowanie pracy w zakładach, w których występuje nadmierny hałas. Jednak nie zawsze jest to rozwiązanie najkorzystniejsze. Tak więc jeżeli juz musimy przebywać w środowisku hałaśliwym to przede wszystkim dbajmy o własny słuch. Do podstawowych ochron osobistych zaliczają się ochronniki słuchu popularnie zwane nausznikami lub słuchawkami choć ani nie chronią przed mrozem, ani nie służą do słuchania.
Mając już ochronniki możemy zacząć interesować się, czy nie można wyciszyć źródła hałasu (maszyny, urządzenia). Równolegle można dążyć do takiego ustawienia maszyn, aby dźwięki przez nie emitowane nie nakładały się na siebie i nie nasilały hałasu ogólnego. Inna metodą jest komasowanie hałaśliwych urządzeń w jednym miejscu i poprzez np. automatykę ograniczanie liczby osób zagrożonych, a tych, którzy muszą już zostać w niebezpiecznych miejscach wyposażanie w specjalne ochrony i ograniczanie czasu ekspozycji.
Dobre rezultaty uzyskuje się dzięki zastosowaniu specjalnych ekranów dźwiękochłonnych, paneli, materiałów i ustrojów dźwiękoizolacyjnych i dźwiękochłonnych.
Kierunki działań w zakresie ochrony przed hałasem:
Hałas przez wielu mieszkańców miasta stołecznego Warszawy jest odczuwany jako jeden z najbardziej uciążliwych czynników ujemnie wpływających na środowisko. W celu ochrony środowiska i zdrowia ludzkiego przed hałasem należy podjąć działania zmierzające do:
• przeanalizowania i wprowadzenia koniecznych zmian w inżynierii ruchu drogowego:
- wprowadzenia stref ograniczonego ruchu lub całkowitej eliminacji pojazdów z wybranych ulic i rejonów miasta,
- poprawienia organizacji ruchu gwarantującej płynność jazdy,
- budowę obwodnic miejskich,
- ukończenie pierwszej i budowę następnych linii mera
- budowę ścieżek rowerowych,
- wyeliminowania z produkcji oraz stopniowe eliminowanie z użytkowania środków transportu, maszyn i urządzeń, których hałaśliwość nie odpowiada standardom Unii Europejskiej;
• zmniejszenie uciążliwości związanej z istniejącym poziomem hałasu poprzez:
- budowę ekranów i przegród akustycznych,
- stosowanie dźwiękochłonnych elewacji,
- wymianę okien na dźwiękoszczelne w domach mieszkalnych przy trasach intensywnego ruchu;
• opracowania kompleksowego planu akustycznego oraz prowadzenie odpowiedniego planowania przestrzennego, które pozwoli na:
- ocenę uciążliwości lub zagrożeń hałasem,
- zakwalifikowanie istniejących obiektów i obszarów do odpowiednich stref akustycznych, uniknięcie pomyłek lokalizacyjnych przy budowie nowych obiektów, w tym lokalizowanie nowych miejsc pracy w obszarach charakteryzujących się mniejszym natężeniem ruchu komunikacyjnego,
- analizę trendów zachodzących w klimacie akustycznym,
- rozstrzygnięcie spraw związanych ze zwalczaniem hałasu, nakładanie kar i odszkodowań, rozpatrywanie skarg i wniosków mieszkańców oraz podejmowanie decyzji dotyczących likwidacji źródeł hałasu;
• ograniczenie liczby lotów samolotów szczególnie w porze nocnej;
• rozwinięcia systemu monitoringu lokalnego poprzez:
- prowadzenie monitoringu okresowego w kilku wybranych punktach miasta;
• prowadzenia działalności edukacyjnej o zagrożeniu środowiska i zdrowia ludzkiego hałasem.

Posted in Referaty | Leave a comment

Sztuczne satelity

SZTUCZNE SATELITY

Sztuczny satelita to obiekt stworzony przez człowieka, który krąży wokół jakiegoś ciała niebieskiego, Np. wokół Ziemi.
Ich rola jest olbrzymia, i to nie tylko dla badań nad wszechświatem, lecz także w codziennym życiu. Nie zdajemy sobie sprawy, że bez przerwy korzystamy z ich możliwości. Dzięki nim otrzymujemy coraz dokładniejsze prognozy pogody, często są też wykorzystywane do przekazywania sygnału telewizyjnego – chociażby przez Atlantyk. Istnieją także satelity służące do określania własnej pozycji – korzystają z nich popularne ostatnio odbiorniki GPS Nie można także zapomnieć o nieco mniej popularnym zastosowaniu satelitów – o szpiegowaniu.

Pierwszy sztuczny satelita Ziemi – Sputnik 1- został wysłany 4 października 1957 roku przez Związek Radziecki i on rozpoczął erę lotów kosmicznych. Pierwszy sztuczny satelita Księżyca – Łuna 10 został umieszczony na orbicie wokółksiężycowej 3 kwietnia 1966 roku, a w latach następnych wprowadzono również sztuczne satelity na orbity wokół innych ciał niebieskich. Start sztucznego satelity i wprowadzenie go na określoną orbitę odbywa się przy użyciu wielostopniowej rakiety nośnej, której zadaniem jest nadanie mu odpowiedniej prędkości i kierunku lotu. Faza ta kończy się z chwilą odłączenia ostatniego członu rakiety nośnej. Sztuczne satelity wyposażone są w dodatkowe silniki rakietowe pozwalające na zachowanie stałej orientacji w przestrzeni są zwane satelitami stabilizowanymi. Służą do wykonywania obserwacji wymagających skierowania przyrządów w określonym kierunku lub Np. do wysyłania sygnałów TV ku wybranej stacji odbiorczej.
Sztuczne satelity Ziemi, które są przeznaczone do odzyskania, sprowadza się na Ziemię przy wykorzystaniu silników hamujących i spadochronów.
Pozostałe sztuczne satelity, nieprzeznaczone do odzyskania, na skutek tarcia w górnych warstwach atmosfery i siły przyciągania ziemskiego powoli obniżają swój lot i wchodzą w coraz niższe warstwy atmosfery ziemskiej. Tam pod wpływem wysokiego tarcia następuje ich spalenie. Wykorzystanie sztucznych satelitów do celów naukowych umożliwia wprowadzenie nowych metod obserwacyjnych w wielu gałęziach nauki.
Sztuczne satelity są wykorzystywane także w radio- i telekomunikacji, między innymi jako telewizyjne stacje przekaźnikowe. Wielu cennych informacji dla potrzeb rolnictwa, leśnictwa, rybołówstwa, geologii, archeologii i innych dziedzin gospodarki dostarczają satelity teledetekcyjne wyposażone w specjalistyczną aparaturę badawczą. Informacje zebrane przez aparaturę umieszczoną w sztucznych satelitach mogą być przekazywane za pomocą sygnałów radiowych do stacji odbiorczych na Ziemi, a w przypadku sztucznych satelitów sprowadzanych po zakończeniu swego programu na Ziemię, odczytuje się je z rejestrogramów wykonanych zwykle na błonach światłoczułych i taśmach magnetycznych.

Posted in Prace | Leave a comment

Planety układu Słonecznego

MERKURY
średnica równikowa 4878 km, masa ok. 0,05 masy Ziemi, średnia gęstość 5,43 g/cm3 (prawie taka sama jak średnia gęstość Ziemi); obiega Słońce w czasie 87,969 dni po orbicie eliptycznej ,okres obrotu dokoła osi 58d,6462. Małe oddalenie M. od Słońca (maks. 28o) powoduje duże trudności w jego badaniu i ogranicza możliwości obserwacji do okresu zmierzchu lub świtu, pow. M. jest nierówna, usiana kraterami; atmosfera M. jest bardzo rozrzedzona,temp. na pow. M. po stronie oświetlonej przez Słońce może dochodzić do ok. 500oC. M. nie posiada naturalnych satelitów.

WENUS
Widoczna jest na niebie tylko przed wschodem lub po zachodzie Słońca, zw. też Gwiazdą Poranną i Gwiazdą Wieczorną; średnica 12 102 km (0,95 średnicy Ziemi), masa 0,82 masy Ziemi, średnia gęstość 5,25 g/cm3 (nieco mniejsza od gęstości Ziemi), obiega Słońce w czasie 224,7 dnia, okres obrotu dokoła osi 243 dni (najwolniejszy wśród planet Układu Słonecznego – doba wenusjańska jest dłuższa od roku wenusjańskiego), W. jest planetą najbliższą Ziemi; zbliża się na odległość minimalną 40 mln km (największe oddalenie – 259 mln km); W. otoczona jest gęstą, nieprzezroczystą atmosferą (ok. 98% to dwutlenek węgla), temperatura sięga ok. 450ºC (co jest wynikiem efektu cieplarnianego), a ciśnienie atm. jest ok. 90 razy większe od ziemskiego. Krajobraz, ukształtowany gł. przez aktywność wulkaniczną, tworzą góry, rowy, kratery i płaskowyże. W. nie ma pola magnetycznego ani księżyców. Jest pierwszą planetą zbadaną przez ziemską sondę kosmiczną.

ZIEMIA
Jedyne znane ciało kosmiczne, na którym występuje życie biologiczne; średnica równikowa 12 756 km, średnica biegunowa 12 714 km, masa 5,975 x 1024 kg (masa Słońca jest ok. 333 tys. razy większa od masy Z.), średnia gęstość 5,52 g/cm3, obiega Słońce w ciągu 365 dni 6 h 9 min 10 s (365,2564 doby = rok gwiazdowy) po orbicie zbliżonej do kołowej. okres obrotu dokoła osi 23 h 56 min 4,09 s (doba). Wnętrze Z. tworzy jądro żelazowo-niklowe, temp. 6500ºC, a gęstość materii 16-18 g/cm3;. Pow. Z. kształtuje erozja wywoływana przez wiatr, wodę i lód, a także aktywność biologiczna; atmosfera Z. składa się z azotu (78%), tlenu (21%), argonu (1%) i znikomych ilości dwutlenku węgla oraz innych gazów. Z. widziana z kosmosu z dużej odległości jest globem koloru błękitnego (z powodu pokrycia dwóch trzecich jej powierzchni przez oceany), często jednak znaczne obszary zasłonięte są przez białe chmury, powstałe z parującej wody. Ma jednego satelitę naturalnego (Księżyc), a od 1957 okrążana jest przez satelity sztuczne.

MARS
Promień równikowy 3400 km, masa 0,107 masy Ziemi; obiega Słońce w czasie 686,738 dni ,okres obrotu dookoła osi 24h37m22,6s. Odległość M. od Ziemi waha się od 55,5 do 400 mln km; Pow. M. jest bardzo różnorodna: kratery (w większości prawdopodobnie pochodzenia meteorytowego), głębokie kaniony i kręte doliny (wywołujące wrażenie pozostałości rzek), góry ze szczytami do ok. 8 km nad poziom równin, wielkie obszary pustynne z rozrzuconymi blokami kamiennymi różnych rozmiarów. Próbki pobrane z pow. M. zawierały 21% krzemu, 12,7% żelaza, 3,1% siarki, 3–8% wapnia, 2–7% glinu i 0,5–2% tytanu, Atmosfera M. jest bardzo rozrzedzona; jej gł. składnikiem jest dwutlenek węgla; zawiera niewielką ilość pary wodnej (ok. 1000 razy mniej niż atmosfera ziemska); występują w niej silne wiatry wywołujące burze piaskowe. temp. na pow. M. jest niska, ulega silnym wahaniom dobowym i rocznym i wynosi średnio ok. 0°C, gdy Słońce jest w zenicie i ok. –50°C przed wschodem Słońca. M. ma dwa niewielkie księżyce, w kształcie nieregularnych brył zbliżonych do elipsoid.

JOWISZ
Największa planeta Układu Słonecznego, piąta w kolejności oddalenia od Słońca; odległość od Słońca 778,4 mln km, okres obiegu dookoła Słońca 11 lat 315 dni, masa 1,9•1027 kg (1/1047 masy Słońca, dwukrotnie większa niż wszystkich pozostałych planet Układu Słonecznego, 318 razy większa od masy Ziemi); przez teleskopy widoczna jest jedynie atmosfera planety, nieprzezroczysta, złożona z chmur białych kryształów amoniaku; Charakterystyczną cechą J. jest tzw. wielka czerwona plama, chmura wznoszących się gazów, wirujących w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara; czerwona plama jest częścią płd. pasa równikowego, przechodzącego niewyjaśnione zmiany (1989 nagle zaniknął). J. ma 63 księżyce.

SATURN
średnica równikowa 120 660 km, średnica biegunowa 108 000 km (największe spłaszczenie wśród planet), masa 95,17 masy Ziemi, średnia gęstość 0,7 g/cm3 (najmniejsza wśród planet Układu Słonecznego), obiega Słońce w czasie 29 lat 167 dni, w odległości 9,54 raza większej niż Ziemia:; okres obrotu dokoła osi 10 h 39 m 22 s, złożony gł. z lekkich pierwiastków (wodór, hel i in.), wewnątrz żelazowo-krzemianowe jądro o masie 10-20 mas Ziemi, Najbardziej charakterystyczne dla S. są otaczające go pierścienie, dostrzegalne już przez małe lunety; są złożone z olbrzymiej liczby drobnych brył lodu i odłamków skalnych, krążących w płaszczyźnie równika planety (szer. pierścieni 250 tys. km, grubość zaledwie kilkudziesiąt metrów); w wyniku nowych odkryć liczba znanych księżyców planety wzrosła do 47.

URAN
średnica równikowa 51 118 km, średnica biegunowa 49 946 km, masa 14,54 masy Ziemi, obiega Słońce w czasie 84 lat 7,5 dnia po orbicie zbliżonej do kołowej, okres obrotu dookoła osi 17h 14m, Przypuszcza się, że we wnętrzu U. znajduje się skaliste jądro, które otacza warstwa wody, brak stałej powierzchni; atmosfera składa się z wodoru (84%) i helu (15%) oraz niewielkich domieszek metanu i amoniaku. Planetę otaczają pierścienie złożone z okruchów skalnych i pyłów, podobne do pierścieni Saturna, tylko znacznie słabsze; występuje pole magnetyczne silniejsze od ziemskiego. U. ma 27 znanych księżyców Symulacja warunków panujących na planecie doprowadziła do stwierdzenia, że w jej atmosferze dochodzi do tworzenia się diamentów, które opadają w postaci “krystalicznego deszczu”.

NEPTUN
średnica równikowa 49 528 km, masa 17,25 masy Ziemi, obiega Słońce w czasie 164 lat 280,3 dnia po orbicie zbliżonej do kołowej, w odległości 30 razy większej od Słońca niż Ziemia: okres obrotu dokoła osi 16h3m, (występują pory roku, każda trwa ponad 41 lat ziemskich), błękitna planeta otoczona grubą atmosferą, gł. wodorową, w której istnieje olbrzymi wir rozmiarami dorównujący Ziemi (tzw. Wielka Ciemna Plama, podobna do czerwonej plamy na Jowiszu). Słabe pole magnetyczne, pierścienie (podobne do otaczających Saturna) i 13 księżyców

PLUTON
średnica równikowa ok. 2300 km, masa 0,002 masy Ziemi, okres obrotu dookoła osi 6,4 doby; obiega Słońce w czasie 247 lat 225 dni. posiada rzadką atmosferę, prawdopodobnie głównie metanową; jeden księżyc: Charon; P. pozostaje jedyną planetą Układu Słonecznego nie zbadaną dotąd przez sondę kosmiczną, stąd dane o nim są bardzo skąpe. Część astronomów uważa, że P., którego średnica wynosi zaledwie dwie trzecie średnicy Księżyca, nie zasługuje na status planety; ich zdaniem rozmiary kwalifikują P. do grupy ciał tworzących drugi pas planetoid odkryty w ostatnich dziesięcioleciach XX w. poza orbitą Neptuna. 1 księżyc

SEDNA
Ciało kosmiczne odkryte w 2003, rozmiarami przypuszczalnie niewiele ustępujące Plutonowi, które porusza się po wydłużonej orbicie między Pasem Kuipera a Obłokiem Oorta wykonując jeden obieg Słońca raz na 11 500 lat; jest prawdopodobnie obiektem typu kometarnego lub planetoidą (o uznaniu za planetę bądź planetoidę zadecyduje Międzynarodowa Unia Astronomiczna); nazwa od imienia eskimoskiej bogini mórz arktycznych, wichrów i sztormów.

Posted in Prace | Leave a comment

Obieg wody w przyrodzie

Woda – H2O, związek tlenu z wodorem. Ze względu na ogromne rozpowrzechnienie i niezmiernie ważną rolę odgrywaną w przyrodzie, można ją uznać za najważniejszy związek chemiczny. Jest to ciecz bezbarwna, bezwonna i pozbawiona smaku. Większość występującej w przyrodzie wody jest „słona” (około 97%), to znaczy, że zawiera dużo rozpuszczalnych soli, głównie chlorku sodu. W wodzie rozpuszczonych jest też wiele gazów, a najwięcej dwutlenku węgla. Najwięcej soli mineralnych zawiera woda morska i wody mineralne; najmniej woda z opadów atmosferycznych. Wodę o małej zawartości składników mineralnych nazywamy wodą miękką, natomiast zawierającą znaczne ilości soli wapnia i magnezu – wodą twardą.

Woda występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8% powierzchni Ziemi, oraz w rzekach, jeziorach i w postaci stałej – w lodowcach. Część wody znajduje się też pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Wodę możemy również zobaczyć pod postacią opadów i zjawisk atmosferycznych – deszcz, śnieg, grad, mgła, rosa, szron.

Postać wody zmienia się przede wszystkim ze względu na zmianę temperatury. Latem, kiedy jest gorąco, duża część nagromadzonej wody w zbiornikach wodnych paruje pod wpływem ciepłego powietrza (para wodna). Woda unosi się i gromadzi w górze tworząc chmury. Kiedy temperatura zaczyna opadać, woda będąca w chmurach skrapla się i opada na ziemię tworząc deszcz. Jeżeli następuje nagły spadek temperatury, nastaje trwałe ochłodzenie, woda zgromadzona w chmurach ochładza się na tyle, że powstają maleńkie kryształki lodu i spadają na ziemię w postaci śniegu.
W czasie ciepłej pory roku z silnie rozbudowanych chmur może spaść grad (opad atmosferyczny złożony z bryłek lodu o średnicy od 0,5 cm do nawet 5 cm zwykle połączony z silnym deszczem).

Przy ochłodzeniu się powietrza może powstać:

·rosa – osad atmosferyczny w postaci kropel wody powstających na powierzchni skał, roślin i innych przedmiotów,
·szron – osad atmosferyczny, powstający przy ujemnej temperaturze, tworzą go drobne lodowe kryształki w postaci igieł,
·szadź – osad atmosferyczny, który powstaje gdy przechłodzone, wilgotne powietrze zawierające w sobie drobne kropelki wody napływa na obszar o często jeszcze niższej temperaturze.

Nazwa Stan skupienia

deszcz ciekły
śnieg stały
grad stały
lód stały
chmura gazowy
mgła gazowy
rosa ciekły
szadź stały
szron stały
para wodna gazowy

Posted in Zagadnienia | Leave a comment

Ruch jednostajny po okręgu

Jeśli torem ruchu ciała jest okrąg i ciało w jednakowych odstępach czasu przebywa równe drogi (łuki), to ruch tego ciała nazywamy ruchem jednostajnym po okręgu.

Okres jest to czas, w którym ciało wykonuje jedno okrążenie. Okres oznaczamy literą T

Częstotliwość jest to ilość okrążeń w jednostce czasu (w 1 sekundzie). Częstotliwość oznaczamy literą n.

Jednostką częstotliwości jest herc (Hz).

Okres jest odwrotnością częstotliwości, a częstotliwość odwrotnością okresu.

1. Prędkość ruchu po okręgu

W ruchu jednostajnym po okręgu są dwa rodzaje prędkości:
- prędkość liniowa (v)
- prędkość kątowa ( – czytaj: omega).

Prędkością liniową nazywamy stosunek przebytej drogi (s) do czasu (t).

Kierunek prędkości liniowej jest zawsze styczny do okręgu. Wartość prękości jest stała.

Jeśli s = 2 r, to t = T.

v = 2 r n

Są to wzory na prędkość liniową w ruchu jednostajnym po okręgu.

Prędkość kątowa jest to stosunek kąta środkowego (), mierzonego w radianach, do czasu.

Jeśli = 2 rd (kąt pełny), to t = T. Otrzymujemy dwa wzory na prędkość kątową:

= 2 n

Pomiędzy prędkością liniową a kątową panuje następująca zależność:

v = r

2. Przyspieszenie

Mimo, iż wartość prędkości jest stała, to zmienia się jej ierunek Skoro prędkość jest zmienna, to musi być także przyspieszenie.

Trójkąty AOB i BCD (patrz rysunek) są trójkątami podobnymi. (

Posted in Uncategorized | Leave a comment