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1、1,第三章,湖南科技大学工业工程系 蒋 熠,人的生理特性,9.18,2,湖南科技大学工业工程系,本章内容,神经系统的组成及其功能,1,感觉与知觉,2,视觉与本体感觉,3,人的心理特征,4,人的听觉系统,5,体力疲劳及其消除,7,肌肉、骨骼与供能系统,6,3,湖南科技大学工业工程系,五、人的听觉系统,（1）人耳构造和听觉过程,4,湖南科技大学工业工程系,5,湖南科技大学工业工程系,6,湖南科技大学工业工程系,7,湖南科技大学工业工程系,8,湖南科技大学工业工程系,声音的特性和分贝标度,我们必须理解声音或噪音的两种特性：频率和响亮度。声音的频率 声音其实是经媒介传递的快速压力变化。当声音于空气中传
2、递，大气压力会循环变化。每一秒内压力变化的次数叫作频率，量度单位是赫兹(Hz)，其定义为每秒的周期数目。频率越高，声音的音调越高。如下图显示，击鼓产生的频率远较吹哨子产生的频率低。,9,湖南科技大学工业工程系,10,湖南科技大学工业工程系,11,湖南科技大学工业工程系,响亮度,是声音或噪音的另一个特性。强的声音通常有较大的压力变化，弱的声音压力变化则较小。压力和压力变化的量度单位为帕斯卡，缩写为Pa。其定义为牛顿/平方米(N/m2)。人类的耳朵能感应声压的范围很大。正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作听觉阈，为20个微帕斯卡(缩写为Pa)的压力变化，即20 x10e-6 Pa(“百万分之二十帕斯
3、卡”)。另一方面，非常噪吵的情况能产生很大的压力变化，例如一架飞机在发出最大马力时能在近距离产生大约2000Pa或2x10e9Pa的噪音。下表显示由上述情况产生不同的声压级，以帕斯卡及微帕斯卡表示。,12,湖南科技大学工业工程系,声压,13,湖南科技大学工业工程系,声压级（SPL或Lp）单位：分贝,14,湖南科技大学工业工程系,声压(帕)声压级(分贝)声源举例 200 150 火箭,导弹,飞船 140 喷气式飞机(相距5米处)20 130 大炮,低声鼓(峰值)120 可听高限(痛阈)2 110 汽车喇叭(相距1米)100 普通发电站,通风机房 0.2 90 载重汽车(时速40公里),六角机床
4、80 一般工厂车间 0.02 70 对话(距离1米)60 大百货商店环境噪声 0.002 50 有收音机的住宅环境噪声 40 影剧院演出时的观众噪声 0.0002 30 安静的效区,轻声耳语 20 消声室内,手表摆动声 0.00002 10 自己呼吸声 0 可听低限(听阈),15,湖南科技大学工业工程系,环境条件 声压(帕)声压级(分贝)飞机起飞 20-60 120-130 织布车间 2-3 100-105 冲床附近 2 100 地下铁道 0.6 90 大声说话(1米)0.06 70 普通说话(1米)0.02 60 安静的办公室 0.006 50 图书馆 0.002 40 安静的卧室 0.00
5、06 30 播音室 0.0002 20 树叶沙沙声 0.00006 10 听阈 0.00002 0,16,湖南科技大学工业工程系,17,湖南科技大学工业工程系,现实生活中我们经常会同时遇到几个声音。你知道一个声音与另一个声音结合时，会产生甚么结果吗？我们都知道60个苹果加60 个苹果，等于120个苹果。但是，这并不适用于以分贝来表示的声音。事实上，60分贝加60分贝只等于63分贝。,18,湖南科技大学工业工程系,19,湖南科技大学工业工程系,20,湖南科技大学工业工程系,21,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（一）、肌肉组织及其工作特征,肌肉是人体四种组织中数量最多的组织。人
6、做任何动作，都要依靠肌肉的收缩与舒展。肌肉收缩有向心收缩、离心收缩、等长收缩等形式。前两种收缩是实现人体各种运动所必需的，它们是动力性的，总称为动力性收缩。等长收缩则是静力性收缩。(1)向心收缩。当肌肉收缩产生的张力大于外加阻力时，肌肉缩短并牵拉着骨杠杆作向心运动，故称向心收缩。(2)离心收缩。当肌肉收缩产生的张力小于外力时，肌肉被拉长。(3)等长收缩。肌肉收缩产生张力但长度保持不变时的收缩形式称为等长收缩。,22,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,一、肌肉组织及其工作特征,肌肉收缩的速度与肌肉收缩的张力有关。肌肉收缩的张力大小又同肌肉收缩前的长度(又称初长度)有关。初长度短于
7、“静息长度”时，收缩时的张力随肌肉初长度的增长而线性地增大。当肌肉收缩初长度达到约相当于静息长度时，张力达到最大，此时的初长度称为最适初长度。肌肉长度若超过这个最适初长度，收缩张力迅速下降。肌肉收缩时的张力与收缩速度之间也存在着有规律的关系。增加肌肉的负荷时，肌肉收缩张力增大，但肌肉收缩的速度减慢，肌肉缩短的长度减小。当负荷张力增大到一定限度后，肌肉不能再缩短，收缩的速度为零。若负荷减小，肌肉收缩的速度与短缩的长度又大。,23,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（二）、骨骼系统,（1）骨及骨骼。人体内有206块骨。其中，有颅骨29块、躯干骨51块、四肢骨126块。其中有177块
8、直接参与人体运动。图是人体骨骼系统结构图。（2）关节。人体四肢骨之间普遍由关节连结。关节的功用主要在于它可使人的肢体有可能作屈伸、环绕和旋转等运动。在关节中有四类神经末梢，主要功能是向中枢提供关节位置变化的信息、关节活动速度的信息、关节实际位置的信息及感受痛觉的信息。,24,湖南科技大学工业工程系,人体骨骼系统结构,25,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（三）、人体活动能源,各种人体活动都需要能量。能量的供给通过体内能源物质(糖、糖元、脂肪、蛋白质)的氧化或酵解来实现。通常将能源物质转化为热或机械功的过程称为能量代谢。1 人体活动的直接能源 人的肌肉、神经元和其他细胞活动的能
9、源直接来自细胞中的贮能元三磷酸腺苷(ATP)。肌肉活动时，肌细胞中的ATP与水结合，在ATP酶的催化下迅速分解成二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(Pi)，并释放29.3kJ的能量。ATP+H2O ADP+Pi+29.3kJ/mol,26,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（三）、人体活动能源,2 人体活动的供能系统 人体补充ATP的过程称为产能或供能。人体有三个供能系统，即磷酸原(ATP-CP)系统、乳酸能系统和有氧化系统。（1）磷酸原(ATP-CP)系统。ATPCP系统又称非乳酸能系统。肌肉细胞中的ATP由细胞内的二磷酸腺苷(ADP)和磷酸肌酸(CP)这两种高能磷化物合成。每1
10、mol的CP分解时可合成1molATP。反应方程:,27,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（三）、人体活动能源,2 人体活动的供能系统,（2）乳酸能系统。该系统的能量来自糖元的酵解。糖元酵解时产生的能量供应给ADP，再合成ATP。（3）有氧氧化系统。有氧氧化供能系统是指糖或脂肪在氧的参与下分解为二氧化碳和水，同时产生能量，使ADP再合成ATP后向肌肉或其他细胞提供活动能量。综上所述可知，三种能量系统产能过程各有特点，它们在人体活动中也有不同的作用。下表是对三种能量系统供能特点的比较。,28,湖南科技大学工业工程系,三种能量系统供能特点的比较,29,湖南科技大学工业工程系,六
11、肌肉、骨骼与供能系统,3、能量代谢 体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。能量代谢按机体所处状态，可以分为三种：基础代谢量、安静代谢量、能量代谢量。,（1）、基础代谢量,基础代谢量，是人在绝对安静下(平卧状态)维持生命所必须消耗的能量。生理学将人清醒、静卧、空腹（食后10小时以上）、室温20度左右的条件为基础条件。正常人的基础代谢率比较稳定，一般不超过正常平均值的15%。我国人体表面积的公式为：体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0124体重(kg)-0.0099 基础代谢量=基础代谢率平均值(B)人体表面积(S)持续时间(t)=BSt,30,湖南科技大学工业工程系,我国人正常的
12、基础代谢率平均值（kJ/m2h）年龄11-1516-1718-1920-3031-4041-5051以上男性195.5193.4166.2157.8158.7154.1149.1女性172.5181.7154.1146.4142.4142.4138.6例：身高170cm，体重55kg的同学1小时的基础代谢量。体表面积=0.0061*170+0.0124*55-0.0099=1.7091基础代谢量=157.8*1.5881=269.7,31,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（2）、安静代谢量,安静代谢量是指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。安静代谢量包括基础代谢量
13、和为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量两部分。通常以基础代谢量的20作为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量，因此，安静代谢量应为基础代谢量的120。安静代谢率记为R。安静代谢量=Rt=1.2BSt式中，为安静代谢率（kJ/(h)；S为人体表面积（）；t为持续时间（h）。,32,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（3）、能量代谢量,人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫能量代谢量。能量代谢量包括基础代谢量，维持体位增加的代谢量和作业时增加的代谢量三部分。也可以表示为安静代谢量与作业时增加的代谢量之和。能量代谢率记为M。能量代谢量=MSt式中，M为能量代谢率（kJ/h）；S为人
14、体表面积（）；t为测定时间（h）。,33,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（4）、相对代谢率RMR,为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这一相对指标衡量劳动强度。相对代谢率记为RMR。,34,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（5）、相对代谢率资料,计算能量代谢量时，首先必须准备必要的相对代谢率资料，专家们已经积累了大量的系统的相对代谢率数据。可以对研究的某项具体作业，观察分析作业者的动作、负荷和疲劳等方面的特征，然后与现有的资料加以对照比较，即可以判断确定该项作业的RMR值。有关判定生产作业活动的资料见表。日常作业活动的RMR值参考资料见表。,35,
15、湖南科技大学工业工程系,生产作业活动的RMR,36,湖南科技大学工业工程系,日常作业的RMR资料,37,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（三）、人体活动能源,4、能量消耗的测定,人体能量消耗测定方法有直接法、间接法和相关估算法等。直接法是利用各种热量计，测定在绝热室内流过人体周围的冷却水生温情况，直接测量人体在一定时间内散发的热量。由于操作复杂，而且需要大型热量计，实际测量中不便应用。间接法是通过测定人体耗氧量（L/min），再乘以氧热价（KJ/L）来计算能量消耗的方法。,38,湖南科技大学工业工程系,39,湖南科技大学工业工程系,六 肌肉、骨骼与供能系统,（三）、人体活动能
16、源,4、能量消耗的测定,间接法又可分为闭合式和开放式两类。闭合式是人对着一个密闭的装置作呼吸。开放式测定法是让人体从空气中直接吸气，将呼出气体收集起来，然后对收集的气体进行成分分析。使用间接法测定能耗，工作量很大。为了解决这一问题，在准确性要求不是很严格的场合，可用某些容易测定的生理指数来估计人体的能耗。例如，心率就是一个较常用的估算指标。,40,湖南科技大学工业工程系,（四）作业时氧耗动态,能量产生和消耗可以从人体消耗的氧量上反应出来。作业时人体所需的氧量取决于劳动强度大小，劳动强度越大，需要氧量也越多。因此，以体力为主的作业，可以利用人在作业中的耗氧量计算作业时耗能量。1、氧债及其补偿 氧
17、需：单位时间所需的氧量（氧需能否得到满足主要取决于循环系统和呼吸系统的功能）。氧上限：血液在单位时间内所能供应的最大氧量（成年人的氧上限一般不超过3L/min，有锻炼者可达到4L/min）。,41,湖南科技大学工业工程系,（四）作业时氧耗动态,1、氧债及其补偿,42,湖南科技大学工业工程系,（四）作业时氧耗动态,2、静态作业的氧需,静态作业的特征是能量消耗水平不高，但容易发生疲劳。即使劳动强度很大，氧需也达不到氧上限，通常每分钟不超过1L。但在作业停止后数分钟内，氧耗不像动态作业那样迅速降低，而是先升高，然后再逐渐降低到安静水平。具体如图所示。,静态作业的氧消耗动态,43,湖南科技大学工业工程
18、系,（四）作业时氧耗动态,3、氧耗量的测定与计算,相对代谢率(RMR)指标通过作业中氧耗量来计算，计算公式如下：（要注意，对恢复期还氧债部分的氧耗量不能忽略）,其中作业时的氧耗量直接作业过程中测得基础代谢氧的消耗量可以通过由体重、身高计算的体表面积值查表求出安静时氧的消耗量，一般以基础代谢氧消耗量的1.2倍来计算,44,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度。劳动强度不同，单位时间人体所消耗的能量也不同。从劳动生理学方面来看，以能量代谢为标准进行分级是比较合适的。这种分级法可以把千差万别的作业，从能量代谢角度进行统一的定义。目前，国内外对劳
19、动强度分级的能量消耗指标主要有两种：相对指标，即相对代谢率RMR。该指标在国外应用比较普遍，目前在我国已开始使用；绝对指标，如8h的能量消耗量，劳动强度指数等。,45,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,1、以相对代谢率指标分级 依作业时的相对代谢率指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准，它将劳动强度划分为5个等级。如表所示。作业级越高，规定的作业率应越低。2.7适宜的作业；4的作业不能连续进行；7的作业应实行机械化。,46,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,2、以能耗量指标分级 不同劳动强度的能耗量与相对代谢率指标对照资料见表。该资料为日本劳动研究所发表。,
20、47,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,我国于1984年颁布了体力劳动强度分级标准(GB 3869-83)，该标准以劳动强度指数分级，1997年重新确定标准（GB3869-1997）代替GB 3869-83，标准规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别，是劳动安全卫生和管理的依据。,（1）定义 本标准采用下列定义。能量代谢率energy metabolic rade（M）劳动时间率working time rate(T)体力劳动性别系数sex coeffcient of physical work(S)体力劳动方式系数way coefficient of physical work(W
21、)体力劳动强度指数 intensity index of physical work(I),3、以劳动强度指数分级,48,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,(2)体力劳动强度分级 体力劳动强度分为四级，如表所示。,3、以劳动强度指数分级,49,湖南科技大学工业工程系,单项劳动能量代谢率计算如下：每分钟肺通气量3.07.3L时采用式：1gM0.0945x 0.537 94 每分钟肺通气量8.030.9L时采用式：lg(13.26)1.1648-0.0125x 每分钟肺通气量7.38.0L时采用上面两式的平均值。上式中，M为能量代谢率（kJminm2）；x为单位体表面积气体体积，Lmin
22、m2。,（五）劳动强度分级,(3)能量代谢率、劳动时间率和体力劳动强度指数的计算方法,3、以劳动强度指数分级,平均能量代谢率M计算方法,50,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,（3）能量代谢率、劳动时间率和体力劳动强度指数的计算方法,3、以劳动强度指数分级,劳动时间率T计算方法,每天选择接受测定的工人23名，记录自上工开始至下工为止整个工作从事各种劳动与休息的时间。每个测定对象应连续记录3天，取平均值，求出劳动时间率(T)。工作日内纯净劳动时间（min）T(%)100 工作日总工时（min）各单项劳动占用的时间（min）100 工作日总工时（min）,51,湖南科技大学工业工程系,（
23、五）劳动强度分级,（3）能量代谢率、劳动时间率和体力劳动强度指数的计算方法,3、以劳动强度指数分级,体力劳切强度指数计算方法,体力劳动强度指数计算公式：I=TMSW10 式中：I体力劳动强度指数；T劳动时间率，；M8h工作日平均能量代谢率，KJminm2；S性别系数：男性1，女性1.3；W体力劳动方式系数：搬1，扛0.40，推/拉0.05；10计算常数。其中，净作业时间比率可通过抽样测定，取其平均值。,52,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,4、以氧耗、心率等指标分级,根据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。典
24、型代表是国际劳工局1983年的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级，见下表,53,湖南科技大学工业工程系,（五）劳动强度分级,5、最大能量消耗界限,一般，人体的最佳工作负荷是指在正常情境中，人体工作8h不产生过度疲劳的最大工作负荷值。最大工作负荷值通常以能量消耗界限、心率界限以及最大摄氧量的百分数表示。国外一般认为，能量消耗20.93kJ/min、心率(110115)beats/min、吸氧量为最大摄氧量的33%左右时的工作负荷为最佳负荷。对于重强度劳动和极重(很重)强度劳动，只有增加工间休息时间即通过劳动时间率来调整工作日中的总能耗，使8h的能耗量不超过最佳能耗界限。为了补充体内的能量贮备，就必须在作业过程中，插入必要的休息时间。,54,湖南科技大学工业工程系,本节课的思考题：,一、声音的响亮度。70db和75db的两个声音重叠后的声音是多少。二、基础代谢，安静代谢，能量代谢。三、计算自己的基础代谢量（1小时）。四、劳动强度分级的标准都有那些。*,
