Эволюция среды обитания, переход от биосферы к техносфере

при выполнении работы, требующей  значительных усилий и участия крупных  мышц, рекомендуются более редкие, но продолжительные 10…12-минутные перерывы. При выполнении особо тяжелых  работ (металлурги, кузнецы и др.) следует сочетать работу в течение 15…20 минут с отдыхом такой же продолжительности. при работах, требующих большого нервного напряжения и внимания, быстрых и точных движений рук, целесообразны более частые, но короткие 5…10-минутные перерывы.

Кроме регламентированных перерывов существуют микропаузы – перерывы в работе, возникающие самопроизвольно между операциями и действиями. Микропаузы обеспечивают поддержание оптимального темпа работы и высокого уровня работоспособности. В зависимости от характера и тяжести работы микропаузы составляют 9…10 % рабочего времени.

Высокая работоспособность и жизнедеятельность  организма поддерживается рациональным чередованием периодов работы, отдыха и сна человека. В течение суток  организм по-разному реагирует на физическую и нервно-психическую нагрузку. В соответствии с суточным циклом организма наивысшая работоспособность отмечается в утренние (с 8 до 12 ч) и дневные (с 14 до 17 ч) часы. В дневное время наименьшая работоспособность, как правило, отмечается в период между 12 и 14 ч, а в ночное время – с 3 до 4 ч, достигая своего минимума. С учетом этих закономерностей определяют сменность работы предприятий, начало и окончание работы в сменах, перерывы на отдых и сон.

Чередование периодов труда и отдыха в течение недели должно регулироваться с учетом динамики работоспособности. Наивысшая работоспособность приходится на 2,3 и 4-й день работы, в последующие дни недели она понижается, падая до минимума в последний день работы. В понедельник работоспособность относительно понижена в связи с врабатываемостью.

Элементами рационального режима труда и отдыха являются производственная гимнастика и комплекс мер по психофизиологической разгрузке, в том числе функциональная музыка.

В основе производственной гимнастики лежит феномен активного отдыха – утомленные мышцы быстрее восстанавливают свою работоспособность не при полном покое, а при работе других мышечных групп. В результате производственной гимнастики увеличивается жизненная емкость легких, улучшается деятельность сердечно-сосудистой системы, повышается функциональная возможность анализаторных систем, увеличивается мышечная сила и выносливость.

В основе благоприятного действия музыки лежит вызываемый ею положительный  эмоциональный настрой, необходимый  для любого вида работ. производственная музыка способствует снижению утомляемости, улучшению настроения и здоровья работающих, повышает работоспособность и производительность труда. Однако функциональную музыку не рекомендуется применять при выполнении работ, требующих значительной концентрации внимания (более 70 % рабочего времени), при умственной работе(более 70 % рабочего времени), при большой напряженности выполняемых работ, непостоянных рабочих местах и в неблагоприятных санитарно-гигиенических условиях внешней среды.

Для снятия нервно-психологического напряжения, борьбы с утомлением, восстановления работоспособности в последнее время успешно используют кабинеты релаксации или комнаты психологической разгрузки. Они представляют собой специально оборудованные помещения, в которых в отведенное для этого время в течение смены проводят сеансы для снятия усталости и нервно-психологического напряжения.

Эффект психоэмоциональной разгрузки  достигается путем эстетического  оформления интерьера, использования  удобной мебели, позволяющей находиться в удобной расслабленной позе, трансляции  специально подобранных музыкальных произведений, насыщения воздуха благотворно действующими отрицательными ионами, приема тонизирующих напитков, имитации в помещении естественно-природного окружения и воспроизведения звуков леса, морского прибоя и др. Одним из элементов психологической разгрузки является аутогенная тренировка, основанная на комплексе взаимосвязанных приемов психической саморегуляции и нескольких физических упражнений со словесным самовнушением. Этот метод позволяет нормализовать психическую деятельность, эмоциональную сферу и вегетативные функции. Как показывает опыт, пребывание рабочих в комнатах психологической разгрузки способствует снижению утомляемости, появлению бодрости, хорошего настроения и улучшения самочувствия.

 

Физиологическое действие метеорологических условий на человека

Теплообмен человека с окружающей средой. Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции.

Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Дж/с (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и как следствие к потери трудоспособности, быстрой утомляемости, потери сознания и тепловой смерти.

Одним из важных интегральных показателей  теплового состояния организма  является средняя температура тела (внутренних органов) порядка 36,5 ⁰С. Она зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2⁰С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43⁰С, минимальная +25⁰С. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и при нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30…34 ⁰С. при неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20 ⁰С, а иногда и ниже.

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение Q_тп человека полностью воспринимается окружающей средой Q_то, т.е. когда имеет место тепловой баланс Q_тп=Q_то. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Q_тп>Q_то), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2 ⁰С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5 ⁰С и вплотную приблизится к максимально допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Q_тп<Q_то), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Теплообмен между человеком  и окружающей средой осуществляется конвекцией Q_к в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью Q_т, излучением на окружающие поверхности Q_л и в процессе тепломассообмена (Q_тм=Q_п+Q_д) при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами Qп и при дыхании Q_д:

Q_тп=Q_к+Q_т+Q_л+Q_тм.

Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

Q_к=α_кF_э(t_пов-t_ос),

где α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией; при нормальных параметрах микроклимата ;

t_пов – температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой около 27,7 ⁰С, летом около 31,5 ⁰С);

t_ос – температура воздуха, омывающего тело человека;

F_э – эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50…80 % геометрической внешней поверхности человека); для практических расчетов

Fэ=1,8 м².

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно определить приближенно как

,

где  λ – коэффициент теплопроводности газа пограничного слоя, ;

δ – толщина пограничного слоя омывающего газа, м.

Удерживаемый  на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до 4…8 мм при скорости движения воздуха w=0) препятствует отдаче теплоты конвекцией. При увеличении атмосферного давления и в подвижном воздухе толщина пограничного слоя уменьшается и при скорости движения воздуха 2 м/с составляет около 1 мм. Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха. Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха φ, так как коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного давления и влагосодержания воздуха.

На основе изложенного  выше можно сделать вывод, что  величина и направление конвективного  теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха, т.е. Q_к = f(t_ос;В;w;φ).

Передачу теплоты  теплопроводностью можно описать  уравнением Фурье:

,

где λ₀ – коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, ;

Δ₀ – толщина одежды человека, м.

Теплопроводность  тканей тела человека мала, поэтому  основную роль в процессе транспортирования  теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

Лучистый поток  при теплообмене излучением тем  больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана-Больцмана:

,

где  c_пр – приведенный коэффициент излучения, ;

F₁ – площадь поверхности, излучающей лучистый поток, м²;

ψ_1-2 – коэффициент облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей F₁ и F₂ и показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F₂ от всего потока, излучаемого поверхностью F₁;

Т₁ – средняя температура поверхности тела и одежды человека, К;

Т₂ – средняя температура окружающих поверхностей, К.

Для практических расчетов в диапазоне температур  окружающих человека предметов 10…60 ⁰С приведенный коэффициент излучения . Коэффициент облучаемости ψ_1-2 обычно принимают равным 1,0. В этом случае значение лучистого потока зависит в основном от степени черноты ξ и температуры окружающих человека предметов, т.е. .

Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами,

,

где  G_п – масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с;

r – скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависят не только от температуры воздуха и интенсивности работы, выполняемой человеком, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности, т.е. , где J – интенсивность труда, производимого человеком, Вт.

В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легочный аппарат  человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. В технических расчетах можно принимать (с запасом), что выдыхаемый воздух имеет температуру 37 ⁰С и полностью насыщен.

Количество теплоты, расходуемой  на нагревание вдыхаемого воздуха:

,

где V_лв – объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, «легочная вентиляция», м³/с;

ρ_вд – плотность вдыхаемого влажного воздуха, кг/м³;

с_р – удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, ;

t_выд – температура выдыхаемого воздуха, ⁰С;

t_вд – температура вдыхаемого воздуха, ⁰С.

«Легочная вентиляция» определяется как произведение объема воздуха  вдыхаемого за один вдох, V_в-в, м³ на частоту дыхания в секунду n:

V_лв = V_в-в·n.

Частота дыхания  человека непостоянна и зависит  от состояния организма и его  физической нагрузки. В состоянии покоя она составляет 12…15 вдохов-выдохов в минуту, а при тяжелой физической нагрузке достигает 20…25. Объем одного вдоха-выдоха является функцией производимой работы. В состоянии покоя с каждым вдохом в легкие поступает около 1,5 л воздуха. При выполнении тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5…1,8 л.

Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4…0,5 л/с, а при физической нагрузке в зависимости от ее напряжения может достигать 4 л/с.

Таким образом, количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха:

.

Чем больше физическая нагрузка и  ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с  выдыхаемым воздухом. С увеличением  температуры и влажности окружающего  воздуха количество теплоты, отводимой через дыхание, уменьшается.

анализ приведенных выше уравнений  позволяет сделать вывод, что  тепловое самочувствие человека, или  тепловой баланс в системе человек  – среда обитания зависит от температуры  среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма.

Параметры – температура окружающих предметов и интенсивность физической нагрузки организма – характеризуют  конкретную производственную обстановку и отличаются большим многообразием. Остальные параметры – температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха – получили название параметров микроклимата.

Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека.

Параметры микроклимата оказывают  непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение температуры  и повышение скорости воздуха  способствуют усилению конвективного  теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. повышение скорости воздуха ухудшает самочувствие, так как способствует усилению конвективного теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота.