FisicaII-Sonido

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Unidad III
Sonido
Fisica II para Ing. en Prevención de Riesgos ‐ Sem. I ‐ 2011 ‐ JMTB
Sonido: (en física) es cualquier fenómeno que
involucre la propagación en forma de ondas
elásticas (sean audibles o no), generalmente a
través de un fluido (u otro medio elástico) que
esté generando el movimiento vibratorio de un
cuerpo.
¿Qué es el sonido?
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El sonido humanamente audible consiste en ondas
sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del
aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el
oído humano y percibidas por el cerebro.
Ondas Sonoras
Tímpano
Cóclea
Células 
sensoriales
Espectro de 
frecuencia
Impulso del 
nervio
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Un oído sano y joven es sensible a las frecuencias
comprendidas entre los 20 Hz y los 20 kHz
No obstante, este margen varia según cada persona y
se altera con la edad (llamamos presbiacusia a la
pérdida de audición con la edad).
Fuera del espectro audible:
• Por encima estarían los ultrasonidos
(Ondas acústicas de frecuencias
superiores a los 20 kHz).
• Por debajo, los infrasonidos (Ondas
acústicas inferiores a los 20 Hz).
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El espectro audible podemos subdividirlo en función de
los tonos:
En Occidente, dividimos el espectro audible en 11
secciones que denominamos octavas.
• Tonos graves (frecuencias bajas,
correspondientes a las 4 primeras octavas,
esto es, desde los 16 Hz a los 256 Hz).
• Tonos medios (frecuencias medias,
correspondientes a las octavas quinta, sexta y
séptima, esto es, de 256 Hz a 2 kHz).
• Tonos agudos (frecuencias altas,
correspondientes a las tres últimas octavas,
esto es, de 2 kHz hasta poco más de 16 kHz).
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¿Qué tan sanos esta tus oídos?
Escucha…
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La propagación del sonido involucra transporte de
energía sin transporte de materia, en forma de ondas
mecánicas que se propagan a través de la materia
sólida, líquida o gaseosa.
Como las vibraciones se producen en la misma
dirección en la que se propaga el sonido, se trata de
una onda longitudinal.
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La unidad de medida utilizada para el nivel de potencia y 
el nivel de intensidad del sonido es el decibel [dB]
decibel: es la unidad relativa empleada en acústica y
telecomunicaciones para expresar la relación entre
dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la
magnitud que se estudia y una magnitud de
referencia.
El decibel, cuyo símbolo es dB, es una unidad
logarítmica.
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Se utiliza una escala
logarítmica porque la
sensibilidad que presenta
el oído humano a las
variaciones de intensidad
sonora sigue una escala
aproximadamente
logarítmica, no lineal. Por
ello el decibel (dB), resultan
adecuados para valorar la
percepción de los sonidos
por un oyente.
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Y, se define como la comparación o relación entre dos
sonidos porque en los estudios sobre acústica fisiológica.
Ojo:
..se sabe que un oyente, al que se le
hace escuchar un solo sonido, no
puede dar una indicación fiable de su
intensidad, mientras que, si se le hace
escuchar dos sonidos diferentes, es
capaz de distinguir la diferencia de
intensidad.
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Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a
partir de las unidades físicas medibles de una fuente
sonora, se define el nivel de potencia , en
decibeles, y para ello se relaciona la potencia de la fuente
del sonido a estudiar con la potencia de otra fuente cuyo
sonido esté en el umbral de audición, por la siguiente
fórmula :
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En donde:
• W1 es la potencia a estudiar, en watts
• W0 es el valor de referencia, igual a watts
• log10 es el logaritmo en base 10 de la relación entre
estas dos potencias.
Ojo:
Este valor de referencia se aproxima al umbral de
audición en el aire (intensidad mínima de sonido capaz
de sentir el oído humano).
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• Normalmente una diferencia de 3 decibeles, que
representa el doble de señal, es la mínima diferencia
apreciable por un oido humano sano.
• Una diferencia de 3 decibeles es aparentemente el
doble de señal aunque la diferencia de sonoridad sea
de diez veces.
Datos Útiles:
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Las famosas 
vuvuzelas en el 
Mundial de 
Sudáfrica, pueden 
producir sonidos 
de hasta 127 
decibeles…
…que equivalen al 
ruido producido 
por un avión 
despegando… por 
90 minutos
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Las ondas de sonido producen un aumento de presión en
el aire, luego otra manera de medir físicamente el sonido
es en unidades de presión (pascales).
Y puede definirse el Nivel de presión, , que también se
mide en decibeles:
En donde:
• P1 es la presión del sonido a estudiar
• P0 es el valor de referencia, igual a Pa. 
Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición 
en el aire.
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• El D.S. Nº146/97 del Minsegpres que fija límites
máximos permisibles de emisión de ruidos para fuentes
fijas.
• El D.S. Nº129/2003 del Mintrastel que fija límites
máximos permisibles de emisión de ruidos para fuentes
moviles (buses de locomoción colectiva).
Normativa del sonido
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Ejemplo de estudio de 
sonido en una empresa
Auditorias y/o estudio de ruidos
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Reducción y control del ruido
Sugerencias
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Propagación del sonido
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Propagación del sonido
La velocidad del sonido depende de:
•la compresibilidad (1/K) del medio
•la densidad es un factor importante en la velocidad
de propagación
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Propagación del sonido
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Propagación del sonido
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Efecto Doppler
Es el cambio en la frecuencia de una onda
producido por el movimiento de la fuente respecto
a su observador.
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Ejemplo
Efecto Doppler
… en otras palabras, el efecto Doppler existe si:
la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las
ondas es comparable a la velocidad de propagación
de esas ondas.
La velocidad de una patrulla (50 km/h) puede parecer
insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel
del mar (unos 1.235 km/h), sin embargo se trata de
aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido,
fracción suficientemente grande como para provocar
que se aprecie claramente el cambio del sonido de la
sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo
en el momento en que el vehículo pasa al lado del
observador.
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Efecto Doppler
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Efecto Doppler
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Efecto Doppler
Imaginemos lo siguiente:
• un observador O
• una fuente de sonido S
• la fuente de sonido S es a una frecuencia f
• el observador O escucha a una frecuencia f’
• la fuente de sonido S posee una velocidad Vs
• el observador O posee una velocidad Vo
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Efecto Doppler
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Efecto Doppler
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Efecto Doppler
¿Qué pasará si la fuente
y el observador se
mueven al mismo tiempo?
En este caso particular se
aplica la siguiente
fórmula, que no es más
que una combinación de
las dos:
Los signos y deben ser aplicados de la siguiente
manera: si el numerador es una suma, el denominador
debe ser una resta y viceversa
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Ejemplo Efecto Doppler
Un observador se mueve
a una velocidad de 42 m/s
hacia un trompetista en
reposo. El trompetista
está tocando (emitiendo)
la nota La (440 Hz). ¿Qué
frecuencia percibirá el
observador, sabiendo que
velocidad del sonido es
340 m/s
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42 m/s
la nota La (440 Hz).
velocidad del 
sonido es 340 m/s
Solución:
Si el observador se acerca hacia la fuente, implica
que la velocidad con que percibirá cada frente de
onda será mayor, por lo tanto la frecuencia aparente
será mayor a la real (en reposo).
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42 m/s
la nota La (440 Hz).
velocidad del 
sonido es 340 m/s
En este caso particular, el trompetista emite la nota La a
440 Hz; sin embargo, el observador percibe una nota que
vibra a una frecuencia de 494,353 Hz, que es la
frecuencia perteneciente a la nota Si.
Musicalmente hablando, el observador percibe el sonido
con un tono más agudo del que se emite realmente.
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Resumiendo…
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…y aquí que pasa??
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Aplicaciones del Efecto Doppler
• Sirenas
• Astronomía (luz)
• Radares
• Imaginología (medicina)
• Medición de flujos
• Perfiles de velocidad (líquidos)
• Acústica submarina (sonares)
• Audio (efectos)
• Medición de vibraciones
Ejercicios de Sonido
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1. Según el Decreto Supremo N° 594, la exposición
ocupacional a ruido impulsivo deberá ser controlada de
modo que para una jornada de 8 horas diarias ningún
trabajador podrá estar expuesto a un nivel de presión
sonora peak superior a 95 dB (Peak), medidos en la
posición del oído del trabajador.
Para niveles de presión
sonora peak diferentes a 95
dB Peak, se permitirán
siempre que el tiempo de
exposición a ruido del
trabajador no exceda los
valores indicados en la
siguiente tabla:
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Zona I Zona II
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1,3
2,9
8
4,1
1
8,3
3
10
,49
14
,41
23
,01
27
,65
29
,51
41
,14
13
21
27
8
6
3
1,1 0,5
0,75 0,33
14,00
7,00
12,00
9,00
24,00
2,00
2,30
12,00
1,00 1,00
0
5
10
15
20
25
30
Ex
po
si
ci
on
 [m
in
]
Presion [pa]
Zona I
Zona II
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Determine si existe algún registro de sonido, en cualquiera
de las dos zonas, que este fuera de la normativa.
Zona I Zona II
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En donde:
• P1 es la presión del sonido a estudiar
• P0 es el valor de referencia, igual a Pa.
Zona I Zona II
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Solución:
Zona I Zona II
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100,42 101,58
106,26
111,36
117,03
120,64 121,06 121,41
125,89 126,06
96,26
103,46
106,26
112,39
114,39
117,15
121,22
122,81 123,38
126,26
95
100
105
110
115
120
125
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Puntos de medicion [numero]
D
ec
ib
el
es
 [d
B
]
Zona I Zona II
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20 m/s
45 km/h
18 km/h
0 km/h
420 hz
2. Si la velocidad del sonido es 340 m/s, determine cual es
la frecuencia que escuchan cada uno de los personajes
de la siguiente figura:
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45 km/h0 km/h
420 hz
La patrulla se acerca
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20 m/s
45 km/h
420 hz
La patrulla se aleja El ladrón se aleja
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45 km/h
18 km/h
420 hz
La patrulla se aleja El policía se aleja
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20 m/s
45 km/h
18 km/h
0 km/h
420 hz
Observador 436,0305344 Hz
Ladrón 410,7352941 Hz
Policía 410,7352941 Hz
Solución:
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3. Dos megáfonos de idéntica frecuencia se desplazan en
un mismo sentido, con idéntica velocidad hacia un
observador intermedio. El observador registra las
frecuencias 520 y 500 Hz respectivamente. ¿Es eso
posible?. Si asi lo fuera, calcular la velocidad de los
megáfonos y la frecuencia natural del sonido.
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v m/s v m/s
f Hz f Hz
520 Hz y 500 Hz
velocidad del sonido es 340 m/s
La megáfono se aleja La megáfono se acerca
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520 Hz y 500 Hz velocidad del sonido es 340 m/s
La megáfono se aleja La megáfono se acerca
520340
500
340