Higiene I – Ruidos y Vibraciones - Unidad 1.ppt

Higiene I – Ruidos y Vibraciones
Unidad 1
INTRODUCCIÓN
Sonido
Aspectos físicos y subjetivos
Técnico Superior en Higiene y Seguridad en el Trabajo
2do. AÑO – 2do. CUATRIMESTRE

• Ondas – Conceptos Físicos
• Representación de la onda.
• Ruido
• Diferencias físicas y subjetivas con el sonido.
• El sonido como movimiento ondulatorio.
• Transmisión de la energía sonora en diversos
medios físicos.
• Energía sonora.
• Decibel
Temario – Unidad 1

El sonido es un fenómeno oscilatorio que consiste en la
propagación a través de un medio elástico de las ondas
sonoras. , que son percibidas por el oído.
Estos medios elásticos pueden ser sólidos, líquidos o
gaseosos.
Nosotros estudiaremos la propagación del sonido en el aire,
dado que es la de mayor interés desde el punto de vista
higiénico.
Sonido y Onda Sonora

El Sonido
Es una vibración que necesita de un medio
elástico para propagarse. Para que se produzca
sonido se requiere:
 Un cuerpo vibrante, (cuerda tensa, varilla, una
lengüeta, un parche)
 Un medio elástico que transmita esas vibraciones,
las cuales se propagan por él, constituyendo lo que
se denomina onda sonora.

Naturaleza del Sonido
El sonido es una onda de compresión
producida por la vibración de las
partículas que se desplazan a través
de un medio elástico (sólido, líquido o
gaseoso) que las propaga y por
consiguiente capaz de producir una
sensación auditiva.

Propagación
• El sonido es una onda que viaja transportando
energía sin que haya desplazamiento de masa.
• Dependiendo del medio elástico donde se propaga, el
sonido viaja a diferentes velocidades.
• Ejemplo: No será lo mismo propagar el sonido por el
aire, donde las partículas están más sueltas y es más
difícil de transmitirse, que propagarlo por el hierro,
donde las partículas están muy unidas y se puede
transmitir rápidamente. Generalmente, el sonido se
mueve a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en
gases.

• La velocidad de propagación del sonido depende de las características
del medio en el que se transmite dicha propagación y no de las
características de la onda o de la fuerza que la genera.
• El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plastilina, que no
lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.
• Existe una expresión que nos permite encontrar la velocidad de
propagación del sonido en cualquier material, la cual es:
, donde = 1.4 (constante adimensional para gases
diatómicos).
R=8.317 J/ºK.mol. (constante gases ideales)
T es la temperatura absoluta del medio
M es la masa molecular del gas.
M
RT
V
.



Velocidad del Sonido

Caracteristicas del Sonido
El sonido responde a las siguientes
características:
• Es una onda mecánica
• Es una onda longitudinal
• Es una onda esférica

Las ondas sonoras son ondas tridimensionales,
debido a que se pueden desplazar en tres
direcciones (planos x, y, z)
El Sonido como Onda Esférica
Tridimensional
X
y
z

¿Qué es una onda?
Una onda es una
perturbación que se
propaga en un medio.

• El movimiento de las partículas que
transporta el sonido se desplaza en línea
recta y en la misma dirección de
propagación.
• La perturbación en una onda sonora es
una serie de regiones, de alta y baja
presión, que viajan a través del aire o de
cualquier otro medio material.
El Sonido como Onda Longitudinal

El Sonido como Onda Longitudinal

Ondas
• Transversal • Longitudinal

El Sonido como Onda Mecánica
• El sonido no se propaga si no existen
moléculas que vibren y lo transmitan. Por
eso no hay sonido a través de un vacio.
• La elasticidad del medio (compresión y
expansión) permite que cada partícula
transmita la perturbación a la partícula
adyacente, dando origen a un movimiento
en cadena.

Representación de la Onda
Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese
punto.
Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse.
El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.
La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta -este es el foco de las
ondas- y en esa partícula se inicia la onda.
La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio que rodea al foco con una
velocidad constante en todas las direcciones, siempre que el medio sea isótropo ( de iguales características
físico- químicas en todas las direcciones ).
Todas las partículas del medio son alcanzadas con un cierto retraso respecto a la primera y se ponen a vibrar:
recuerda la ola de los espectadores en un estadio de fútbol.
La forma de la onda es la foto de la perturbación propagándose, la instantánea que congela las posiciones de
todas las partículas en ese instante.
Curiosamente, la representación de las distancias de separación de la posición de equilibrio de las partículas al
vibrar frente al tiempo dan una función matemática seno que, una vez representada en el papel, tiene forma de
onda.
Podemos predecir la posición que ocuparán dichas partículas más tarde, aplicando esta función matemática.
El movimiento de cada partícula respecto a la posición de equilibrio en que estaba antes de llegarle la
perturbación es un movimiento vibratorio armónico simple.
Una onda transporta energía y cantidad de movimiento pero no transporta materia: las partículas vibran
alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.
Veamos un ejemplo: la onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga al golpear su punta. Las
partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda.
Las partículas perturbadas por la onda sufren unas fuerzas variables en dirección e intensidad que les producen
una aceleración variable y un M.A.S.

Representación de la Onda
f = 1 / T
f : Cuantas ondas pasan en un segundo (1 / seg = Hz)
T : Cuantos segundos tarda en desarrollarse una longitud de onda

Longitud de Onda
Longitud de onda: Cuanto menor es esta distancia, mayor es la amplitud.

Velocidad de una onda
v f
 .
Velocidad
de la onda
Longitud de
Onda
Frecuencia

Propiedades físicas del sonido
• Frecuencia
• Duración
• Intensidad
• Timbre
• Nivel de Presión
Sonora

Frecuencia
• Es el número de ondas vibratorias
por unidad de tiempo.
• Se mide en Hertz (Hz.)
• Es lo percibimos como altura o tono
de un sonido.
• Sonidos agudos: frecuencias altas
• Sonidos graves: frecuencias bajas
• Rango de audición para el oído
humano: 20 – 20000 Hz
f1
f2

Frecuencia como cualidad del Sonido
EL TONO
• Corresponde directamente a la frecuencia de las
ondas sonoras emitidas. Cuando la frecuencia es
elevada se dice que el tono es alto o agudo.
• Cuando dos sonidos de frecuencias diferentes se
emiten sucesivamente, el intervalo entre ellos se
define como la razón entre sus frecuencias. Si los
dos sonidos emitidos tienen frecuencias f1 y f2
respectivamente, entonces el intervalo entre ellos
es:

• Ruido continuo: Máquinas, motores.
• Ruido fluctuante: Tránsito vehicular.
• Ruido intermitente: Alarma.
• Ruido impulsivo: Martillo neumático.
Duración

Es lo que nos permite
clasificar un sonido
como fuerte o débil.
Intensidad
I
I1
I2

La Intensidad
Es la energía transportada en unidad de tiempo (potencia) y por unidad
de área. Se utiliza en símbolo “I”. Usualmente se mide en vatios por
centímetro cuadrado (w/cm2).
– El oído humano tiene capacidad de captar ondas sonoras cuyas
intensidades van desde:
I
• 10-12 w/m2=10-16w/cm2, intensidad mínima audible,
hasta…
• 1v/m2=10-4v/cm2, intensidad a la cual el oído se resiente y
se empieza a sentir dolor.
UMBRAL DE AUDICIÓN
UMBRAL DE DOLOR

Es la cualidad mediante
la cual podemos
distinguir dos sonidos,
aún siendo de igual
intensidad y frecuencia,
pero que han sido
emitidos por fuentes
sonoras diferentes.
Timbre
Receptor
Fuente 1
Fuente 2
Imáx1 = Imáx2
f1 = f2
I1 <> I2
f1 = f2

Timbre
Es una cualidad que tiene el ser humano para
identificar la fuente emisora del sonido
(reconocer las voces de personas, guitarras,
calidad de un violín, etc.).
Esto corresponde exactamente a tres
características físicas: la frecuencia, la
amplitud y la composición armónica o forma
de onda. El ruido es un sonido complejo, una
mezcla de diferentes frecuencias o notas sin
relación armónica.

Variación de presión que se
superpone a la presión
atmosférica, la cual actúa sobre el
oído y permite la audición.
Presión Sonora
Patm
Presión
Atmosférica
Psonora
Presión
Sonora
Patm : a nivel de mar = 1013 HPa (Hecto Pascales)
Psonora = de 2.10-5 Pa a 20 Pa (Pascales) 1 Hecto Pascal = 100 Pascal

FUENTE RECEPTOR = OÍDO
La presión sonora incide sobre la
membrana del tímpano…

Todo SONIDO que según sean sus
características (frecuencia, intensidad,
altura y timbre) resulta DESAGRADABLE o
puede ocasionar diversos problemas en el
ser humano.
Ruido

¿Qué es ruido y qué es sonido?
• La sirena de una ambulancia
• El 5ta. Sinfonía de Beethoven
• La alarma de retroceso de un
autoelevador
• Helena de My Chemical Romance
• La risa de un chico
• La conversación de un amigo
• Adios Nonino de Piazzolla
• La pava que está hirviendo
• Un tema de L-Gante
• Un tema de Serú Girán

Sonido Sensación agradable
Composición armónica definida
Ruido Sensación desagradable
Composición armónica no definida
Ruido Interfiere en actividades y descanso
Sonido y ruido Subjetividad
Diferencia entre Ruido y Sonido

¿Qué es ruido y qué es sonido?
• Martillo neumático
• Avión despegando
• Telar
• Compresores de aire
• Tránsito de automóviles
Todo sonido
desagradable
para la persona
o que le causa
daño a su salud.

El ruido presenta grandes diferencias con respecto a
otros contaminantes:
• Es el contaminante más barato de producir y
necesita muy poca energía para ser emitido.
• Es complejo de medir y cuantificar.
• No deja residuos, no tiene efectos acumulativos en
el medio pero si en el hombre.
• Tiene un radio de acción mucho menor que otros
contaminantes, es decir, es localizado.
• Se percibe sólo por un sentido: el oído.
Características del Ruido

Transmisión de la Energía Sonora en
diversos medios físicos
MEDIO TEMPERATURA
(C°)
VELOCIDAD (m/s)
Aire 0 331,46
Oxigeno 0 314,84
Agua de mar 15 1509,7
Aluminio 17 - 25 6400
Vidrio 17 - 25 5260
Hierro 17 - 25 5930
Plata 17 - 25 3700

Transmisión de la Energía Sonora en
diversos medios físicos – Velocidad (c)
En sólidos
En líquidos
En gases – Las compresiones y dilataciones se producen a una velocidad que
no permite el intercambio de calor con el medio ambiente (adiabáticas)
Módulo Volúmertrico
X = 1 / E = Índice
de Compresibilidad
 = 1,4 para el aire
R = R=8,314 J/mol.K para todos los
gases
T = 273° K (equivale a 0°C)
M para el aire seco = 28,9645 kg/mol

Ampliemos en gases (por el aire!!!)
En gases – Las compresiones y dilataciones se producen a una velocidad que no
permite el intercambio de calor con el medio ambiente (adiabáticas)
Partimos de :
Donde el módulo de elasticidad toma la forma : E = K . P, donde K es la relación
de calores específicos a presión y a volumen constante.
En el caso de gases diatómicos, asimilamos a estos el aire, el valor de K = 1,41.
Como la densidad y la presión son funciones de la temperatura, podemos llegar a
una expresión de la velocidad del aire sólo en función de la temperatura.

Energía Sonora
La energía sonora (o acústica) es la energía que transmiten o transportan
las ondas sonoras. Procede de la energía de la vibración del foco sonoro
y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de
energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial
(cambios de presión producidos en dicho medio o presión sonora).
Al irse propagando el sonido a través del medio, la energía se transmite a
la velocidad de la onda, pero una parte de la energía sonora se disipa en
forma de energía térmica.

Nivel de Intensidad del Sonido
• Como ya vimos, la INTENSIDAD es la energía
transportada por unidad de tiempo (potencia) y por
unidad de área. Usualmente se mide en vatios por
centímetro cuadrado (w/cm2).
• Ahora bien el óído humano tiene capacidad de percibir
ondas sonoras en un rango de intensidades, que van
desde:
– 10-12w/m2=10-16w/cm2, intensidad mínima audible (recién a
partir de esa intensidad comienzo a percibir el sonido –
UMBRAL DE AUDICIÓN),
hasta…
– 1w/m2=10-4w/cm2, intensidad a la cual el oído se resiente y se
empieza a sentir dolor (UMBRAL DE DOLOR).

CONTINUACIÓN
El nivel de intensidad B (Belios o Bells) de una onda
sonora se define por la ecuación:
siendo una intensidad arbitraria (la intensidad mínima
audible) o sea 10-16w/cm2 . Esta unidad resulta muy grande
y por ello se ha generalizado el empleo del dB (decibelio)
representado por la siguiente ecuación:
dB
º
log
10
I
I
B 
º
I
Bells
I
I
ensidad
de
Nivel
o
log
int
_
_ 
Intensidad sonido que estudio
Intensidad mínima audible
Nivel de Intensidad
El deciBel es la décima parte de un Bel

Comparacion del Nivel de
Intensidad
Tipo de Sonido
Intensidad
vatios/m2
Intensidad en
decibelios(dB)
Sonido apenas perceptible 10-12 0
Murmullo de las hojas (bosque) 10-11 10
Conversación en voz baja 10-10 20
Radio a volumen bajo 10-8 40
Conversación Normal 10-7 50
Esquina con bastante trafico 10-4 80
Tren 10-3 90
Taladro ·rompepavimento” 10-2 100
Concierto de rock 10-0 120
Jet cercano 10-3 150

Ejemplos de Nivel de Presión Sonora
nivel de presión sonora (SPL) en decibelios (dB)
caída de una hoja (umbral de percepción sonora) 0
murmullo de las hojas de un árbol 10
conversación en voz baja 20
radio a nivel moderado en casa 40
coche a marcha moderada 50
conversación ordinaria 65
calle con mucho tráfico 70
martillo neumático 90
umbral de sensación dolorosa 120

• Absorción. La capacidad de absorción del sonido de un material
es la relación entre la energía absorbida por el material y la
energía reflejada por el mismo.
• Reflexión. Es una propiedad característica del sonido, que
algunas veces llamamos eco.
• Transmisión. La velocidad con que se transmite el sonido
depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de
su capacidad para recuperar su forma inicial.
• Refracción. Cuando un sonido pasa de un medio a otro, se
produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la
rapidez de propagación en el medio.
• Difracción o dispersión. Si el sonido encuentra un obstáculo en
su dirección de propagación, es capaz de rodearlo y seguir
propagándose.
Fenómenos Físicos que intervienen en
la propagación del sonido

Fenómenos Físicos (Absorción)

Fenómenos Físicos (Reflexión)

Fenómenos Físicos (Refracción)

Fenómenos Físicos (Difracción)

De acuerdo al sentido en que avanza la
propagación de las ondas se clasifican en:
Ondas viajeras, la
propagación de la onda se
realiza en sentido único, es
decir, estas ondas viajan
hacia el mismo lugar sin
devolverse.
Por ejemplo, las ondas de
televisión se propagan
desde la antena repetidora
hasta tu televisor y a todos
los demás televisores de la
ciudad. Las ondas viajeras
se expanden libremente por
el espacio o por su medio.

Ondas estacionarias, estas ondas resultan de dos ondas viajeras que
viajan en sentidos contrarios. Una onda estacionaria se forma cuando
una onda viajera incide sobre un punto fijo, obligándola a devolverse,
pero invertida a respecto a la primera.
De acuerdo al sentido en que avanza la
propagación de las ondas se clasifican en:

Ambas ondas, se combinan en forma precisa dando origen a una onda
que pareciera que está detenida con lugares de vibración nula (nodos)
y lugares de vibración máxima (antinodos). Este tipo de ondas se
producen en los instrumentos musicales de cuerda.

Infrasonido
• Onda sonora de tan baja frecuencia de
vibración que no puede ser percibida por
el oído humano

Ultrasonido
Los ultrasonidos son una serie de ondas mecánicas, generalmente
longitudinales, cuya frecuencia está por encima de la capacidad de
audición del oído humano

FIN
Resolver los problemas
planteados para la próxima clase

Higiene I – Ruidos y Vibraciones
Enrique Germán BLÁZQUEZ
Ingeniero Civil
Especialista en Higiene y Seguridad en el Trabajo
Especialista en Protección Ambiental
Perito Judicial
enriquegblazquez@gmail.com
TE.: 11-6140-8448
Técnico Superior en Higiene y Seguridad en el Trabajo
2do. AÑO – 2do. CUATRIMESTRE

Efecto Doppler
Llamado así por Christian Andreas Doppler,
se produce cuando un observador que
escucha se mueve acercándose o
alejándose de una fuente sonora que puede
estar en reposo o movimiento, la frecuencia
del sonido que se percibe es diferente que
cuando se encuentra en reposo

Casos del Efecto Doppler
La relación que existe entre la frecuencia
emitida por una fuente y la percibida por el
receptor, cuando uno se mueve con respecto al
otro sobre la línea recta que los une, la
llamaremos asi:
f0 frecuencia percibida por el observador.
f frecuencia propia de la fuente.
V0 velocidad del observador respecto al medio.
Vf velocidad de la fuente respecto al medio.
V velocidad del sonido.

Cuando el observador se mueve con relacion
al medio y la fuente permanece en reposo
Si el observador se encuentra en reposo,
percibe un sonido cuya frecuencia es f. Si se
mueve hacia la fuente va al encuentro de las
ondas y percibirá una frecuencia adicional
es decir s
. Como
Entonces
)
( f

f
f
f 


0


0
v
f
y
v
f 





0
0
0
v
v
v
v
f




f
v


)
(
* 0
0
v
v
v
f
f



Si el observador se aleja, la frecuencia que percibe
va a disminuir en
Al alejarse el observador, la cantidad de frentes de
onda que lo alcanzan en la unidad de tiempo es
menor. Entonces se obtiene:
f

f
f
f 


0
)
( 0
0
v
v
v
f
f



Cuando la Fuente se mueve con relación al
medio y el Observador permanece en reposo
Si la fuente de sonido se acerca al observador
se produce un acortamiento de la longitud de
onda
por la cual el observador percibira una longitud
de onda: pero se sabe que:
La frecuencia percibida por el observador será:
)
( 



 


0
f
v
v
f
v
f
v
sea
o
f
v
y
f
v f
f
f 





 0
: 


)
(
*
0
0
0
f
v
v
v
f
f
v
f





Si la fuente de sonido se aleja su longitud
de onda sufre un alargamiento y por lo
tanto:
)
(
0
f
v
v
v
f
f



El Observador y la Fuente se Mueven
Simultaneamente con Respecto al Medio
a. Si el observador y la fuente se dirigen uno
hacia el otro, además de percibir la
frecuencia adicional, la longitud de onda
emitida varia y por tanto la frecuencia
percibida por el observador se expresa así:
)
(
* 0
0
f
v
v
v
v
f
f




b. Si el observador y la fuente se
mueven alejándose uno del otro, la
frecuencia percibida por el
observador sera:
)
(
* 0
0
f
v
v
v
v
f
f




RESUMEN DE LAS FORMULAS
Fuente que se acerca al observador
Fuente que se aleja del observador
Observador acercándose a la fuente
Observador alejándose de la fuente
La fuente y el observador se acercan uno al otro
La fuente y el observador se alejan uno del otro
es la frecuencia de la fuente; es la velocidad del frente de onda; es la
velo-
cidad de la fuente cuando se acerca o se aleja del observador; es la
velocidad del observador cuando se acerca o se aleja de la fuente y es la
frecuencia del observador
f
v
v
v
f
f


0
f
v
v
v
f
f


0
f
v
v
v
v
f
f


 0
0
f
v
v
v
v
f
f


 0
0
v
v
v
f
f 0
0


v
v
v
f
f 0
0


f v f
v
0
v
0
f

EJERCICIO
Calcular la velocidad del sonido en el oxigeno
sabiendo que su masa molecular es de
Solucion: Se sabe que:
mol
kg
M /
10
*
016
.
2 3


2
5
/
10
*
013
.
1
1 m
N
at
P 

4
.
1


mol
K
J
R .
º
31
.
8

K
T º
293

mol
kg
M /
10
*
016
.
2 3



CONTINUACIÓN
Para calcular la velocidad se aplica de donde
o sea
M
RT
v


mol
kg
K
mol
K
J
v
/
10
*
016
.
2
)
º
293
).(
.
/º
317
.
8
).(
4
.
1
(
3


s
m
v /
87
.
1300


La velocidad de propagación del sonido también se
puede calcular conociendo la distancia recorrida y el
tiempo empleado en recorrerla, mediante la expresión:
El sonido se considera como un movimiento uniforme
De acuerdo con la mecánica ondulatoria en forma
semejante podemos utilizar la expresión:
o , donde es la longitud de onda, T el
periodo y f la frecuencia.
t
x
V 
T
V


f
v *

 

Una persona que esta situada entre dos montañas
emite un sonido, si se percibe el primer eco a los 2s y
el siguiente a los 3s. ¿Cuál es la separación de las
montañas?
Solución: Llamaremos:
x1 distancia que recorre el sonido hasta una de las
montañas.
X2 La distancia que recorre hasta la otra montaña
T1 El tiempo que emplea la onda sonora en recorrer
x1
T2 El tiempo que emplea en recorrer x2
EJERCICIO

CONTINUACION DEL EJERCICIO
Puesto que los tiempos que emplea la onda
sonora en ir hasta las montañas es igual al
que emplea regresando hasta la persona,
entonces:
por lo tanto,
entonces:
s
t 1
1  s
t 5
.
1
2  s
m
v /
340

1
1
1 t
v
x  2
2
2 t
v
x 
m
s
s
m
x 340
1
*
/
340
1 

.
510
5
.
1
*
/
340
2 m
s
s
m
x 
 2
1 x
x
xt 

.
850
510
340 m
m
m
xt 



EJERCICIO
Una onda sonora recorre en el agua 1km en
0.69seg. ¿Cuál es la velocidad del sonido
en el agua?
Solucion:
La velocidad del sonido en el agua es
aproximadamente 1450 m/s
.
1000
1 m
km
x 
 seg
t 69
.
0

seg
m
seg
m
t
x
v /
27
.
1449
69
.
0
1000




EJERCICIO
Dos sonidos tienen una intensidad de de 10 y
500 Micro v/cm2. ¿Cuántos decibelios es mas
intensa una que la otra?
Solución: Magnitudes conocidas:
Vr intensidad de los sonidos: 10 y 500 Micro
v/cm2
Incógnita: Cuantos db es mas intensa una que
la otra. Según la ecuación…
Bells
I
I
Intens
Nivel
0
log
_ 
50
log
10
)
10
500
log(
10
)
log(
10
2
1



I
I
decibelios db
17
)
7
,
1
(
10 


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