Характеристика сенсорных систем с точки зрения безопасности. Зрительная система. Важнейшим условием правильной ориентации человека в окружающей среде является зрение

Зрительная система. Важнейшим условием правильной ориентации человека в окружающей среде является зрение, т.к. 80 % всей информации человек получает в результате реакции на визуальное раздражение.

Главными особенностями человеческого глаза являются способность к аккомодации (способность зрения приспосабливаться к расстоянию до обозреваемого предмета) и адаптации (способность зрения приспосабливаться к световым условиям окружающей среды).

Восприятие визуальной информации ограничено пределами поля зрения – это пространство, обозреваемое человеком при неподвижном состоянии глаз и головы. В пределах угла зрения 30-40 ^о условия для видения оптимальны. В этом диапазоне целесообразно помещать основные носители информации, так как в нем воспринимаются и движения, и резкие контрасты.

Изображение, вызванное световым сигналом, сохраняется на сетчатке глаза в течение некоторого времени, несмотря на исчезновение сигнала. Эта инерция зрения, как показывают исследования, находится в пределах 0,1…0,3 с. Благодаря инерции зрения, при определенной частоте мелькающий сигнал начинает восприниматься как постоянно светящийся источник. Такую частоту называют критической частотой слияния мельканий. Если мелькания света используются в качестве сигнала, частота слияния должна быть оптимальной – 3…10 Гц.

Инерция зрения обусловливает стробоскопический эффект. Если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени гашения зрительного образа, то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. Стробоскопический эффект способствует возникновению иллюзии движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов; иллюзии неподвижности или замедления движения, если движущийся предмет периодически занимает прежнее положение; иллюзии вращения в противоположную от реального направления сторону, если частота вспышек света больше числа оборотов вращающегося предмета.

Прием и анализ информации происходит в световом диапазоне (380...760 нм) электромагнитных волн. Цветовые ощущения вызываются действием световых волн, имеющих различную длину. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Наибольшая чувствительность в условиях обычного дневного освещения достигается при длине волн 554 нм (в желто-зеленой части спектра) и убывает в обе стороны от этого значения.

Приблизительные границы длин волн и соответствующие им ощущения показаны на рис. 7. Характеристикой чувствительности является относи-тельная видность – К λ = S λ/ S _max, где S _max – ощущение, вызываемое источником излучения с длиной волны 554 нм; S λ – ощущение, вызываемое источником той же мощности с длиной волны λ.

Рис. 7. Спектральная чувствительность глаза

На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения, одновременный или последовательный контраст.

Глаз снабжен естественной защитой. Рефлекторно закрывающиеся веки защищают сетчатку глаза от сильного света, а роговицу от механических воздействий. Слезная жидкость смывает с поверхности глаз и век пылинки, убивает микробы, благодаря наличию в ней лизоцима – фермента, растворяющего некоторые микроорганизмы. Защитную функцию выполняют и ресницы. Однако, несмотря на совершенство, естественная защита для глаз оказывается недостаточной, поэтому возникает необходимость в применении искусственных средств защиты.

Зрительное восприятие цвета, переработка получаемой зрительной информации в большой мере зависят от освещения. Поэтому необходимо уделять особое внимание формированию светового климата.

Слуховая система. С помощью органов слуха человек может оценить многочисленную и разнообразную слуховую информацию. Слуховой анализатор обладает высокой чувствительностью, находится в постоянной готовности к приему информации и позволяет частично «разгрузить» зрительный анализатор.

Механические колебания создают слуховое восприятие, когда их частота лежит в области 16 … 20000 Гц.

Под звуковым давлением понимают разность между мгновенным значением давления в данной точке пространства, где распространяется звук, и средним значением давления в невозмущенной среде. Органом слуха воспринимается среднеквадратичная величина звукового давления за период осреднения T = 30 … 100 мс.

При распространении звука происходит перенос энергии. Энергетической характеристикой звука является интенсивность (мощность звука) в любой точке – поток энергии, приходящейся на единичную площадку в направлении, нормальном распространению звуковой волны [Вт/м²].

Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:

,

где J – интенсивность звука, Вт/м²;

– среднеквадратичное звуковое давление;

– плотность среды, в которой распространяется звук;

с – скорость звука в этой среде.

Слуховое восприятие изображается на диаграмме нанесением величин звукового давления, при которых на каждой частоте возникает ощущение звука, и обозначается как кривая порога слышимости (рис. 8).

 

Р, Па Верхний порог – 20…63

L, дБ

Верхний порог слышимости (болевой порог)

Нижний порог – 2·10-5

0

30 125 500 2000 8000 22000 f, Гц

 

Рис. 8. Диаграмма области слухового восприятия

 

Одна из важных особенностей слуховой сенсорной системы, имеющая прямое отношение к безопасности, – ее способность распознавать местонахождение источника звука без поворота головы. Это явление называется бинауральным эффектом. Физическая основа такой способности в том, что, распространяясь с конечной скоростью, звук достигает более удаленного уха позже и с меньшей силой; слуховая система способна выявить эту разницу уже на уровне 1 дБ, а запаздывание – на уровне 0,6 мс. Бинауральный слух имеет и иную, более важную для ориентации в пространстве, функцию: он помогает анализировать акустическую информацию в присутствии посторонних шумов. «Межушные» различия в интенсивности и направленности поступления сигналов используются центральной нервной системой для подавления фонового шума и выделения полезных звуков (например, позволяют сосредоточиться на нужном разговоре на многолюдном собрании).

Кинестетическая и вестибулярная системы. Эти системы обеспечивают адекватное взаиморасположение конечностей, а также устойчивую ориентацию тела в пространстве (обеспечение позы).

статические рефлексы обеспечиваются тремя видами рецепторов, воспринимающих:

1) растяжение мышц при их расслаблении – «мускульные веретена»;

2) сокращение мышц – сухожильные органы Гольджи;

3) положение суставов (обусловливающее так называемое «суставное чувство»). Предполагается, что их функции выполняют глубинные рецепторы давления.

Статокинетическая (вестибулярная) система обеспечивает поддержание нужного положения тела и соответствующие глазодвигательные реакции. Равновесие поддерживается рефлекторно, без участия сознания.

Тактильная, температурная, болевая чувствительность. Эти виды рецепции обеспечиваются рецепторами кожи. Кожа является тем органом, который отделяет внутреннюю среду человека от внешней, надежно охраняя ее постоянство. Ощущения, обеспечиваемые кожей, создают связь с внешним миром. Посредством ocязания, или тактильных ощущений, человек узнает о трехмерных особенностях нашего окружения. терморецепция – это восприятие тепла и холода. чувство боли служит для распознавания потенциально опасных стимулов.

Снаружи кожа покрыта тонким слоем покровной ткани – эпидермисом, состоящим из нескольких слоев довольно мелких клеток, постоянно обновляемых. За эпидермисом следует собственно кожа – дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы, воспринимающие давление (прикосновение), холод и тепло, боль.

Первая функция кожи – механическая. Она предохраняет ткани от повреждений, высыхания, физических, химических и биологических воздействий и, как уже отмечалось, выполняет барьерную функцию.

Вторая функция кожи связана с процессом терморегуляции, благодаря которому сохраняется постоянная температура тела. В коже человека находятся два вида рецепторов: одни реагируют только на холод (около 250 тысяч), другие – только на тепло (около 30 тысяч). Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков: на лбу – 34...35 °С, на лице – 20...25 ⁰С, на животе – 34 °С, стопах ног – 25...27 °С. Средняя температура свободных от одежды участков кожи 30...32 °С.

Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм², при лучевом – начиная с 700 мм². Латентный период температурного ощущения равен примерно 0,20 с. Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимально ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи, адаптировавшейся к внешней температуре. Физиологический нуль для различных областей кожи достигается при температурах среды между 12...18 °С и 41...42 °С. Для тепловых рецепторов абсолютный порог составляет примерно 0,2 °С, для холодовых – 0,4 °С. Порог различительной чувствительности составляет примерно 1 °С.

Продолжительное ощущение тепла при температуре кожи выше 36 ⁰С тем сильнее, чем выше эта температура. При температуре около 45 ⁰С чувство тепла сменяется болью от горячего. пороговая плотность потока тепла, вызывающего болевое ощущение, составляет 88 Вт/м².

Когда обширные области тела охлаждаются до температуры ниже 30 ⁰С, возникает ощущение холода. боль от холода возникает при температуре кожи 17 °С и ниже.