Fisica Aplicada 5d3y6a

UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II

Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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Los fenómenos físicos están presentes a diario en todas las actividades de la vida. Gracias al desarrollo de la Ciencia Física existen muchos inventos que han mejorado la vida del hombre, por citar algunos desde la rueda, el motor, la luz, la electricidad, la radio, la televisión, el teléfono, el celular, etc, hace emocionante el estudio y comprensión de éstos fenómenos. Igualmente comprender como los fenómenos físicos bien conducidos también ayudan a mejorar la salud de las personas es esencial para todo estudiante, como también comprender como dichos fenómenos mal conducidos pueden perjudicar la salud de los seres vivos y aún más de todo el planeta. Este curso además muestra al estudiante la manera responsable como debemos asumir los beneficios y riesgos de la presencia de dichos fenómenos en la vida de las personas. El conocimiento de la Ciencia-Física ayudará al estudiante a determinar los efectos benéficos y perjudiciales que sobre la vida del planeta tierra ha tenido y sigue teniendo los innumerables fenómenos físicos que se presentan. Igualmente, ayudará a entender las formas y métodos para minimizar o amplia r los efectos según sea el perjuicio o el beneficio, tanto en la vida laboral y/o cotidiana. El curso de Física Aplicada trata de temas desde un punto de vista contemporáneo y coherente, integrando en lo posible, las descripciones newtonianas, relativista y cuántica de la naturaleza, haciendo del curso una visión moderna de la Física. Además proporciona a los estudiantes un firme entendimiento de cómo se analizan los fenómenos físicos y a través de los problemas planteados, se lleva al estudiante a una aplicación de la ciencia Física directa en su entorno.

Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICAS Unidad 2: SONIDO Unidad 3: MASA Y FUERZA Unidad 4: CALOR Y TEMPERATURA Unidad 5: ELECTRICIDAD Unidad 6: MECÁNICA DE FLUIDOS.

BIBLIOGRAFÍA GENERAL DEL CURSO

-

Física para las ciencias de la vida y de la salud, MacDonald y Burns. Addison-Wesley Iberoamericana. Física, M. Alonsos y J.E. Finn, Addison-Wesley Iberoamericana. Física para las ciencias de la vida, Alan H. Cromer, Editorial Reverté, S.A. Física para ciencias e ingeniería Raymond A. serway


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Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICAS Importancia de la Medición La física intenta describir la naturaleza de una forma objetiva por medio de las mediciones. Gran parte de nuestro conocimiento descansa sobre una base de medición ingeniosa y un cálculo sencillo. 1.1 Sistema Internacional de unidades (S.I) se creo en 1960 Magnitudes Fundamentales y Derivadas 1.1.1.a Magnitudes Fundamentales: sirven de base para obtener las demás magnitudes que utiliza la física. Magnitud

Unidad

Símbolo

Longitud

metro

m

Masa

kilogramo

kg

Tiempo

segundo

s

Intensidad de corriente eléctrica

ampere

A

Temperatura termodinámica

kelvin

K

Intensidad luminosa

candela

cd

Cantidad de materia

mol

mol

1.1.1.b Magnitudes derivadas .las magnitudes derivadas se obtienen de las magnitudes fundamentales por medio de ecuaciones matemáticas.

Magnitud

Unidad

Abreviatura

Superficie

metro cuadrado

m

2

m

2

Volumen

metro cúbico

m

3

m

3

Velocidad

metro por segundo

m/s

m/s

Fuerza

newton

N

Kg·m/s

Energía, trabajo

julio

J

Kg·m /s

Densidad

kilogramo/metro cúbico

Kg/m


Expresión SI

2

3

Kg/m

2 2

3

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1.2 Otros sistemas: Hoy es obligatorio usar el sistema internacional de unidades o SI como patrón en el comercio, la industria y la investigación científica. Sin embargo, todavía subsiste el sistema CGS o cesesimal cuyas unidades básicas son: el centímetro, el gramo y el segundo, para longitudes, masa y tiempo, respectivamente. Magnitud

SI

C.G.S.

Inglés

Longitud

metro (m)

centímetro (cm)

pie (ft)

Masa

kilogramo (kg)

gramo (g)

libra (lb)

Tiempo

segundo (s)

segundo (s)

segundo (s)

Área o Superficie

m2

cm2

pie2

3

3

pie3

Volumen

m

cm

Velocidad

m/s

cm/s

pie/s

2

2

pie/s2

Aceleración

m/s

cm/s

Fuerza

kg·m/s2 = newton

g·cm/s2 = dina

libra·pie/s2 = poundal

Trabajo y Energia

N·m= joule

dina·cm = ergio

poundal·pie

2

2

Presion

N/m = pascal

dina/cm = baria

poundal/pie2

Potencia

Joule/s=watt

ergio/s

poundal·pie/s

1.3 Notación Científica: La notación científica sirve para expresar en forma cómoda aquellas cantidades que son demasiado grandes o demasiado pequeñas.

0.0005348  5,348x10 4

5348  5,348x103

1.4 Conversión de unidades: una misma longitud puede expresarse con diferentes unidades. Para resolver un problema debemos convertir las diferentes unidades a la unidad patrón respectivamente del SI. Empleando para tal efecto los factores de conversión. a-unidades de longitud b-unidades de superficie c- unidades de masa d-unidades de tiempo e- Unidades de Capacidad Mm

Km

Hm

Dm

m

dm

cm

mm

µ

10.0000m

1000m

100m

10m

1

0.1m

0.01m

0.001m

0.000001m

unidades equivalencia

1 dia 1 hora 1 minuto 1segundo

Multiplo

Å

Horas

Minutos

Segundos

24 1 1/60 1/3600

1440 60 1 1/60

86400 3600 60 1

Unidad patron


Submultiplo

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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II Tonelada 1000kg

quintal 100kg

kilogramo 1kg

gramo 0.001kg

decigramo 0.0001kg

centigramo 0.00001kg

miligramo 0.000001kg

Unidades de Capacidad: Las medidas de capacidad tienen una unidad de patrón (el litro): la cual posee múltiplos y submúltiplos

Multiplo Kilolitro

1000L

Hectolitro

100L

Unidad Patron Decalitro

10L

Litro

Submultiplo decilitro

1L

0.1L

centilitro

mililitro

0.01L

0.001L

Equivalencia entre unidades de capacidad y unidades de Volumen

1

=1kilolitro

1.4.1 Conversión de un sistema a otro: Para convertir unidades de un sistema a otro se utilizan los factores de conversión correspondientes Nombre de la unidad pulgada Pie Yarda Vara Milla Milla nautica

Equivalencia con el metro 0.0254m=2.54cm 0.3048m=30.48cm 0.9144m 0.8400m 1609.34m 1852m

1.5 Procesos de medición: Las mediciones puede ser directa o indirecta 1.5.1 Medición directa: Para obtener el largo del salón de clase basta con establecer cuantas veces esta contenida la unidad patrón (m) en dicha longitud. Este es un proceso directo porque obtenemos la medida exacta por un proceso visual. A partir de la comparación con la unidad patrón. 1.5.2 Medición indirecta: se realiza mediante cálculos matemático debido a que es imposible obtenerla a simple vista.

1.53 Errores: Tenemos dos tipos de errores en el proceso de medida: 1-Errores sistemáticos. Tienen que ver con la metodología del proceso de medida (forma

de realizar la medida): Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II a-Calibrado del aparato. Normalmente errores en la puesta a cero. En algunos casos

errores de fabricación del aparato de medida que desplazan la escala. Una forma de arreglar las medidas es valorando si el error es lineal o no y descontándolo en dicho caso de la medida. b- Error de paralaje: cuando un observador mira oblicuamente un indicador (aguja,

superficie de un líquido,...) y la escala del aparato. Para tratar de evitarlo o, al menos disminuirlo, se debe mirar perpendicularmente la escala de medida del aparato. 2-Errores accidentales o aleatorios. Se producen por causas difíciles de controlar:

momento de iniciar una medida de tiempo, colocación de la cinta métrica, etc. Habitualmente se distribuyen estadísticamente en torno a una medida que sería la correcta. Para evitarlo se deben tomar varias medidas de la experiencia y realizar un tratamiento estadístico de los resultados. Se toma como valor o medida más cercana a la realidad la media aritmética de las medidas tomadas. 1.5.3.1 Calculo de errores:

Bien sea una medida directa (la que da el aparato) o indirecta (utilizando una fórmula) existe un tratamiento de los errores de medida. Podemos distinguir dos tipos de errores que se utilizan en los cálculos: a-Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida. b-Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidades. Ejemplo. Medidas de tiempo de un recorrido efectuadas por diferentes alumnos: 3,01 s; 3,11 s; 3,20 s; 3,15 s 

1. Valor que se considera exacto: x 

3.01  3.11  3.20  3.15  3.12 4

2. Errores absoluto y relativo de cada medida: Medidas 3,01 s 3,11 s 3,20 s 3,15 s

Errores absolutos 3,01 - 3,12 = - 0,11 s 3,11 -3,12 = - 0,01 s 3,20 -3,12 = + 0,08 s 3,15 - 3,12 = + 0,03 s


Errores relativos -0,11 / 3,12 = - 0,036 (- 3,6%) -0,01 / 3,12 = - 0,003 (- 0,3%) +0,08 / 3,12 = + 0,026 (+ 2,6%) +0,03 / 3,12 = + 0,010 (+ 1,0%) Página 6


Áreas de Figuras Geométricas: A=L*L cuadrado (

A=

)

Trapecio

A=B*h Rectángulo A=

Rombo

A= A=

Triangulo Polígono Regular

Circulo Cuadrado

Rectángulo

Rombo

Triangulo

Polígono

Trapecio

Circulo

Volumen de Cuerpos Geométricos

Cubo

Cilindro

Prisma

Cilindro


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Unidad 2 : EL SONIDO. La contaminación acústica es considerada por la mayoría de la población de las grandes ciudades como un factor medioambiental muy importante, que incide de forma principal en su calidad de vida. La contaminación ambiental urbana o ruido ambiental es una consecuencia directa no deseada de las propias actividades que se desarrollan en las grandes ciudades. El término contaminación acústica hace referencia al ruido cuando éste se considera como un contaminante, es decir, un sonido molesto que puede producir efectos fisiológicos y psicológicos nocivos para una persona o grupo de personas. La causa principal de la contaminación acústica es la actividad humana; el transporte, la construcción de edificios y obras públicas, la industria, entre otras. Los efectos producidos por el ruido pueden ser fisiológicos, como la pérdida de audición, y psicológicos, como la irritabilidad exagerada. El ruido se mide en decibelios (dB); los equipos de medida más utilizados son los sonómetros. Un informe de la Organización Mundial de la Salud (OMS), considera los 50 dB como el límite superior deseable. Técnicamente, el ruido es un tipo de energía secundaria de los procesos o actividades que se propaga en el ambiente en forma de ondulatoria compleja desde el foco productor hasta el receptor a una velocidad determinada y disminuyendo su intensidad con la distancia y el entorno físico. La contaminación acústica perturba las distintas actividades comunitarias, interfiriendo la comunicación hablada, base esta de la convivencia humana, perturbando el sueño, el descanso y la relajación, impidiendo la concentración y el aprendizaje, y lo que es más grave, creando estados de cansancio y tensión que pueden degenerar en enfermedades de tipo nervioso y cardiovascular. Existe documentación sobre las molestias de los ruidos en las ciudades desde la antigüedad, pero es a partir del siglo pasado, como consecuencia de la Revolución Industrial, del desarrollo de nuevos medios de transporte y del crecimiento de las ciudades cuando comienza a aparecer realmente el problema de la contaminación acústica urbana. Las causas fundamentales son, entre otras, el aumento espectacular del parque automovilístico en los últimos años y el hecho particular de que las ciudades no habían sido concebidas para soportar los medios de transporte, con calles angostas y firmes poco adecuados. Además de estas fuentes de ruido, en nuestras ciudades aparece una gran variedad de otras fuentes sonoras, como son las actividades industriales, las obras públicas, las de construcción, los servicios de limpieza y recogida de basuras, sirenas y alarmas, así como las actividades lúdicas y recreativas, entre otras, que en su conjunto llegan a originar lo que se conoce como contaminación acústica urbana.

Puntos que hay que recordar 1. 2. 3. 4. 5.

6.

La pérdida de audición es una de las enfermedades profesionales más corrientes. No todos los sonidos son ruido; un ruido es un sonido indeseado o desagradable. El ruido puede ocasionar tensión e impedir la concentración. Puede provocar problemas crónicos de salud y también ocasionar accidentes al dificultar la comunicación y las señales de alarma. Una exposición breve a un ruido excesivo puede ocasionar una pérdida temporal de la audición. La exposición al ruido durante un período de tiempo más prolongado puede provocar una pérdida permanente de audición. Se puede combatir la exposición a los ruidos en el lugar de trabajo.


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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II CARACTERSITICA DEL SONIDO: Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda.

INTENSIDAD: La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.

ALTURA O TONO: Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono. Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes uno de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa.

TIMBRE: Si se toca el situado sobre el do central en un violín, un piano y un diapasón, con la misma intensidad en los tres casos, los sonidos son idénticos en frecuencia y amplitud, pero muy diferentes en timbre. De las tres fuentes, el diapasón es el que produce el tono más sencillo, que en este caso está formado casi exclusivamente por vibraciones con frecuencias de 440 hz. Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo interno del oído sin sufrir cambios. La componente principal de la nota producida por el piano o el violín también tiene una frecuencia de 440 hz. Sin embargo, esas notas también contienen componentes con frecuencias que son múltiplos exactos de 440 hz, los llamados tonos secundarios, como 880, 1.320 o 1.760 hz. Las intensidades concretas de esas otras componentes, los llamados armónicos, determinan el timbre de la nota.

Métodos para controlar y combatir el ruido El ruido en el lugar de trabajo se puede controlar y combatir: 1) en su fuente; 2) poniéndole barreras; y 3) en el trabajador mismo.


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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II 1-En su fuente. Al igual que con otros tipos de exposición, la mejor manera de evitarlo es eliminar el riesgo. Asi

pues, combatir el ruido en su fuente es la mejor manera de controlar el ruido y, además, a menudo puede ser más barato que cualquier otro método. Para aplicar este método, puede ser necesario sustituir alguna máquina ruidosa. El propio fabricante puede combatir el ruido en la fuente, haciendo que los aparatos no sean ruidosos. Hoy día, muchas máquinas deben ajustarse a las normas vigentes sobre ruidos y, por lo tanto, antes de adquirir nuevas máquinas (por ejemplo, prensas, perforadoras, etc.), se debe comprobar si cumplen las normas sobre ruidos. Lamentablemente, muchas máquinas de segunda mano que producen niveles elevados de ruido (que han sido sustituidas por modelos más silenciosos) se exportan a menudo a los países en desarrollo, haciendo que los trabajadores de estos paguen la baratura de su compra con perdida de audición, tensión, etc. Es mejor dotar de un silenciador a la máquina que poner protectores de los oídos a los trabajadores

2- B. Barreras Si no se puede controlar el ruido en la fuente, puede ser necesario aislar la máquina, alzar barreras que disminuyan el sonido entre la fuente y el trabajador o aumentar la distancia entre el trabajador y la fuente. (Aunque esto puede ser difícil hacerlo en muchos casos.) En el gráfico siguiente figura un método sencillo de saber como se reduce el sonido conforme a la distancia.

Si una pequeña fuente sonora produce un nivel de sonido de 90 dB a una distancia de 1 metro, el nivel sonoro a una distancia de 2 metros es de84 dB, a 4 metros de 78 dB, etc

C. En el propio trabajador El control del ruido en el propio trabajador, utilizando protección de los oídos es, desafortunadamente, la forma más habitual, pero la menos eficaz, de controlar y combatir el ruido. Obligar al trabajador a adaptarse al lugar de trabajo es siempre la forma menos conveniente de protección frente a cualquier riesgo. Por lo general, hay dos tipos de protección de los oídos: Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II tapones de oídos y orejeras. Ambos tienen por objeto evitar que un ruido excesivo llegue al oído interno. Los tapones para los oídos se meten en el oído y pueden ser de materias muy distintas, entre ellas

caucho, plástico o cualquier otra que se ajuste bien dentro del oído. Son el tipo menos conveniente de protección del oído, porque no protegen en realidad con gran eficacia del ruido y pueden infectar los oídos si queda dentro de ellos algún pedazo del tapón o si se utiliza un tapón sucio. No se debe utilizar algodón en rama para proteger los oídos. La protección de los oídos es el método menos aceptable de combatir un problema de ruido en el lugar de trabajo, porque: el ruido sigue estando ahí: no se ha reducido Por lo general, de 85 a 90 dB durante una jornada laboral de ocho horas es el nivel permisible de ruido, aunque es mejor disminuir el ruido aun más, siempre que sea posible. Existen distintas medidas que usted y su sindicato pueden tomar para controlar y combatir el ruido en el lugar de trabajo


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MODELOS MATEMATICOS DEL SONIDO: INTENSIDAD FISICA:

-Unidades de Intensidad Física (S.I):

La intensidad física se mide en watios por metro cuadrado.

INTENSIDAD AUDITIVA: Corresponde a la sensación percibida por nuestros oídos, depende de la intensidad física y de otros factores característicos de nuestro aparato auditivos. donde Donde Iо=

es el sonido minimo audible para el hombre.

o´ Iо=


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Modelos matemáticos complementarios:

r 

P 1 P r 4I 0 2 I 0

Para determinar la distancia mínima requerida y cumplir con los requerimiento de la norma.

B

 I  10 10 I 0

N 

Para determinar la intensidad física cuando tenemos la intensidad Auditiva “B”

I todas..las.maquinas I maquina

Se determina el numero de maquina que pueden trabajar al mismo tiempo para que no exceden el “B” permitido

Nota

“ I todas..las.maquinas” = I Problemas de Aplicación: 1-Una fuente irradia en todas las direcciones 0.4π watts de energía acústica. Encontremos la intensidad y el nivel de intensidad en un punto situado a 100 metros. La intensidad es: (

)

El nivel de intensidad es:

Si 10 fuentes iguales a la anterior irradian en todas las direcciones, a 100 metros tendremos una intensidad de y un nivel de intensidad:

El nivel de intensidad no es 10 veces mayor, si queremos un nivel de intensidad doble, o sea de 140db, se necesitaran, 10 millones de fuentes semejantes. Porque?


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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II 2- ¿hasta que distancia mínima una persona debe alejarse de una fuente sonora puntual de potencia acústica P= , para no oírla? a-para no oír una fuente, la intensidad debe ser por lo menos Por intensidad:

; por lo tanto, tenemos

b- para no oír una fuente, el nivel de intensidad debe ser por lo menos 0; por lo tanto tenemos: Por nivel de intensidad:

(

)

3-Dos maquinas idénticas se colocan a la misma distancia de un trabajador. La intensidad del sonido producido por cada maquina en el lugar del trabajador es de Encuentre el nivel de sonido escuchado por el trabajador. a-cuando opera una maquina

b- cuando opera ambas maquinas.

De estos resultados, vemos que cuando la intensidad se duplica el nivel de intensidad aumenta en solo 3db

3-una maquina se coloca entre dos trabajadores que están a 110 metros uno de otro, a lo largo de la línea que los une. Si el trabajador uno registra el nivel del sonido de 60 db y el otro registra un nivel de sonido de 80db ¿ a que distancia esta la maquina de cada observador?


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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II –12

4- Teniendo en cuenta que la intensidad del sonido mínimo audible por el hombre es de 10 2 W/m , ¿qué distancia mínima debe alejarse una persona de una fuente sonora puntual de potencia acústica

r

6  108 W para no oírla?

6  10 8 W 1  122.47 m 2   10 12 W 2 m

5- El nivel de intensidad de un sonido es 19.32 db, ¿cuál es su intensidad física?

B





I  10 10 I 0  101.932 10 12  8.55  10 11

w m2

Lista recapitulativa sobre el control del ruido en el lugar de trabajo Instrucciones para utilizar esta lista Utilice esta lista en el lugar de trabajo como guía para evaluar qué medidas contra el ruido se aplican. SI

NO

1. ¿Están aisladas o tapadas completamente las piezas o máquinas ruidosas? 2. ¿Se atienden periódicamente las máquinas para evitar que aumente el ruido que hacen? 3. ¿Se utilizan materiales que absorben el sonido en el techo, las paredes o las tapas de máquinas? 4. ¿Se sustituye el equipo y las piezas ruidosos por modelos más silenciosos? 5. ¿Se utilizan barreras u obstáculos adecuados para evitar que el ruido se difunda? 6. ¿Se ha disminuido la altura de caída de los objetos que se recogen en tachos y cajas? 7. ¿Está protegida la gente que trabaja con máquinas más silenciosas del ruido que producen otras máquinas? 8. ¿Se rota a los trabajadores que están en zonas muy ruidosas para evitar que estén expuestos al ruido muchas horas? 9. ¿Se utilizan orejeras o tapones para los oídos cuando el nivel de ruido llega a 85-90 dB o lo supera? La función del delegado de salud y seguridad Su función consiste en actuar dinámicamente (es decir, actuar antes de que haya problemas de salud o de audición) para eliminar o controlar la exposición al ruido en el lugar de trabajo. El control del ruido ayudará a proteger la audición de los trabajadores y su salud en general. Utilice la Lista recapitulativa sobre el control del ruido en el lugar de trabajo al final de este módulo para evaluar los controles del ruido existentes en su lugar de trabajo. Otras medidas que contribuyen a alcanzar esta finalidad son: Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II Esté atento a si se producen indicios tempranos de pérdida de audición. Diga a sus colegas de trabajo que estén atentos a todo indicio preocupante. Colabore con su sindicato y el empleador para que se midan los niveles de ruido en el lugar de trabajo. La supervisión del ruido es una manera eficaz de conocer los niveles concretos y las fuentes de ruido en el lugar de trabajo. (Lamentablemente, puede ser difícil obtener un sonómetro y personal que sepa utilizarlo. La inspección local de fábricas puede medir el ruido en el lugar de trabajo.) Consiga los resultados de la medición del ruido y compárelos con las normas sobre el ruido que estén vigentes en el país, en caso de que existan. Si en su país no existen normas o reglamentos sobre ruido, trate de colaborar con su empleador para alcanzar el mínimo nivel posible de decibelios en el lugar de trabajo. Colabore con su sindicato para hacer presión a las autoridades a fin de que elaboren y promulguen una norma sobre ruido. Aplique el método más sencillo para evaluar la exposición a un ruido: permanezca a la distancia de un brazo de un colega de trabajo. Si no puede hablar con él en tono normal y tiene que gritar para comunicarse, quiere decirse que el nivel de ruido del lugar de trabajo es demasiado elevado y que hay que disminuirlo. Colabore con el sindicato y el empleador para eliminar los riesgos en materia de ruidos. Si no se puede eliminar un ruido, colabore con el sindicato y el empleador para reducirlo en la fuente, lo cual puede ser más barato que comprar protectores de oídos para todo el mundo. Si no es posible reducir el ruido en la fuente, habrá que utilizar barreras u obstáculos. Los trabajadores expuestos a niveles de ruido de 95 dB deben llevar protectores de los oídos y rotar en el puesto de trabajo tras no más de cuatro horas de trabajo continuo en ese nivel de ruido. (Es importante cuidar de que los empleadores no expongan a los trabajadores a niveles de ruido de 95 dB durante más de cuatro horas al día.) Facilitar a los obreros protección para los oídos es el método menos aceptable de control de ruido. Ahora bien, si es la única solución, es preferible que lleven orejeras en lugar de tapones de oídos. Lean las instrucciones de los distintos tipos de protectores de oídos para averiguar el nivel de protección que prestan. Analicen esos datos con el empleador antes de que compre protectores para los oídos. Los trabajadores deben saber cómo utilizar adecuadamente los protectores de oídos y la importancia de que se los pongan. Trate de llegar a un acuerdo con el empleador para eliminar las máquinas ruidosas en una fecha determinada. De ser posible, debe haber protectores para los oídos suplementarios en el lugar de trabajo a fin de que se los puedan poner los trabajadores si olvida o pierden los que se les hayan atribuido. Las zonas en que hay que llevar protectores de los oídos deben estar señaladas claramente, utilizando símbolos que indiquen la necesidad de ponerse los protectores de los oídos. En esas zonas, trate de concebir maneras no verbales de comunicar, a fin de que los trabajadores puedan recibir señales de alarma en caso de peligro. Preste atención a los nuevos trabajadores o a los visitantes, pues sus reacciones y actitudes pueden indicar que en el lugar de trabajo hay un problema de ruido. Efectúe una encuesta en el lugar de trabajo preguntando a los colegas qué problemas de ruido hay en el lugar en que trabajan. Haga una lista con los distintos problemas de salud que el ruido puede causar y pregunte a los trabajadores si han tenido alguno de ellos. La información sobre problemas de salud puede Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA MODULO DE FÍSICA APLICADA 2013-II ayudar a detectar exposiciones excesivas a ruidos. Si es posible, esfuércese por que se hagan pruebas periódicas de audición a los trabajadores expuestos a ruidos excesivos. Algunos sindicatos han negociado pruebas de audición dentro de los convenios colectivos

Ejercicio complementario 1-Una fuente irradia en todas las direcciones 30π wats de energía acústica. Encontremos la intensidad en un punto situado a 52 mts. a- Que jornada laboral podrían cumplir los trabajadores que se encuentran a esa distancia de 52mts.

b- Si no es posible cumplir la jornada laboral de 8 horas a que distancia se tendría que colocar el trabajador de la fuente 2-un Trabajador esta rodeado de varias maquinas idénticas “ver figura”, la intensidad del sonido producido por cada maquina en el lugar de trabajo es de 1.428 , la empresa quiere saber cuantas maquinas deben funcionar con el fin de optimizar los recursos de las maquinas y cumplir una jornada laboral de 8horas.


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3. CALOR Y TEMPERATURA: El calor equivale a la energía calorífica que contienen los cuerpos La Temperatura es la medida del contenido de calor de un cuerpo. Con los efectos térmicos, necesitamos otras magnitudes fundamentales: la temperatura, que también la aceptaremos intuitivamente sin definición pero precisaremos como la mediremos. Temperatura: Escala Al tocar un objeto, utilizamos nuestro sentido térmico para atribuirle una propiedad denominada temperatura. Que determina se sentimos calor o frio. Observamos también que los cambios de temperatura en los objetos están acompañados por otros cambios físicos, que se pueden medir cuantitativamente. abcd-

Cambio de longitud Un cambio de presión Un cambio de resistencia eléctrica Un cambio de calor

Todos estos cambios de las propiedades físicas, debido a la temperatura se usan para medir temperatura. ESCALAS

KELVIN –CELSIUS- FAHRENHEIT Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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Modelos matemáticos para conversiones de temperatura:

Tolerancia de Calor: Como es lógico, no se debería exponer a ningún trabajador con antecedentes de trastorno por calor a situaciones que conlleven un gran estrés térmico. Existen factores físicos y fisiológicos, tanto intrínsecos como adquiridos que influyen en la tolerancia al calor. Respectivamente el tamaño corporal, el sexo o la edad, entre otros factores, y la aptitud física, la obesidad o aclimatación al calor. Modificaciones a las prácticas de Trabajo: a-control climática b-prendas protectoras

Medición de la temperatura del aire: El instrumento utilizado para medir temperaturas se llama termómetro. Existen varios tipos de termómetros, cuya construcción varía según el uso a que se destinan y su modo de utilización. Todos los termómetros miden la temperatura y sus variaciones aprovechando el efecto producido por el calor sobre un cuerpo. Generalmente se utiliza la dilatación que acompaña a un incremento de calor. La dilatación del mercurio contenido en un tubo cerrado de vidrio, constituye el fundamento del termómetro científico más común. Algunas veces se utiliza alcohol en lugar de mercurio. En meteorología, las temperaturas que mayormente se miden son las siguientes: Temperatura del aire o ambiente.- es la temperatura del aire registrada en el instante de la lectura. Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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Punto de rocío (Temperatura de punto de rocío)..- es la temperatura a la cuál el aire alcanza la saturación, es decir se condensa. Esta temperatura es medido por medio del Psicrómetro, Instrumento consistente en un termómetro de bulbo seco y uno de bulbo húmedo, que se utiliza para medir el contenido de vapor de agua en el aire. Temperatura Máxima.- es la mayor temperatura registrada en un día, y que se presenta entre las 14:00 y las 16:00 horas. Temperatura Mínima..- es la menor temperatura registrada en un día, y se puede servar en entre las 06:00 y las 08:00 horas.


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Dilatación Térmica: Una elevación de temperatura aumenta la vibración de las moléculas de los cuerpos alrededor de sus posiciones de equilibrio, pero también desplaza la posición de equilibrio. Es el fenómeno de la dilatación.

a-Dilatación lineal:

Donde se denomina el coeficiente de dilatación lineal del material del cuerpo ( en general siempre es pequeño) y su unidad será en (

)


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b-Dilatación superficial: La dilatación superficial se presenta en cuerpos cuya dimensión principal es su area y se puede ver como un caso especial de la dilatación lineal, por lo que matemáticamente se puede representar:

(

)

Si una lamina tiene un hueco, el área de este se dilata en la misma proporción que el material que lo rodea.

c- Dilatación Cubica: La variación del volumen de solido, liquido y gases ( si permanece constante la presión) es experimentalmente. ( ) siendo liquido o gas, Vo el volumen a

el coeficiente de dilatación cubica del material solido , es de anotar que:

1-para los líquidos y gases solamente existe el coeficiente de dilatación cubica. 2-si un solido tiene una cavidad, el volumen de esta aumenta cuando se dilata el cuerpo, como si estuviera llena de la misma materia. 3-para los gases a baja presión, el coeficiente de dilatación cubica es prácticamente igual para todos los gases.

4-Para los solidos, el coeficiente de dilatación cubica es prácticamente igual a tres veces el coeficiente de dilatación lineal ; es decir que Ing. Civil ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática

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5-El agua nos e comporta como los otros líquidos de de se dilata

se contrae, y por arriba

6-El caucho se contrae bajo la acción del calor.

CALOR: Es la energía transferida entre dos diferencia de temperatura.

cuerpos en interacción

debido a una

Unidades de calor: Caloría: cantidad de calor que se suministra a 1 g de agua inicialmente a la temperatura de 14.5 C, para elevar su temperatura hasta 15.5 C. Un múltiplo de caloría es Kilocaloría: 1Kilocaloria=1000 caloría Hoy por acuerdo internacional se define la caloría como 4.18 j y es lo que se llama el equivalente mecánico de calor. Calor especifico de una sustancia: si de una sustancia se toma la unidad de masa, la cantidad de calor que se debe suministrar para elevar la temperatura un grado, es el calor específico de la sustancia

c= calor especifico Q=calor suministrado m=masa de la sustancia Δt=variación de temperatura Capacidad Calórica: es la cantidad de calor suministrado al cuerpo para aumentar su temperatura un grado (por la escala elegida)


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Q=calor suministrado Δt=variación de temperatura

Obsérvese que el calor especifico resulta de dividir la capacidad calórica entre la masa.

SUSTANCIA Aluminio Cobre Hierro Mercurio Plata Estaño Zinc Vidrio Latón Hielo Plomo Tungsteno

CALOR ESPECIFICO Cal/g°C 0.212 0.094 0.115 0.033 0.056 0.055 0.094 0.199 0.094 0.550 0.031 0.032

CALOR LATENTE: Para sustancias puras se ha encontrado experimentalmente que se requiere cierta cantidad de calor para que la unidad de masa cambie de estado. Este calor se llama calor latente y puede ser fusión ( solido- liquido) o ebullición ( liquido-gas)

Esta definición es valida para los calores de Fusión, congelación, vaporización, condensación y sublimación 1


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ELECTROSTATICA Por ser hoy la corriente eléctrica la energía más utilizada tanto en la industria como en el hogar, hace que las personas se despreocupen sobre las medidas de seguridad que hay que tener en cuenta durante su uso. A esta falta de atención sobre los riesgos de la energía también contribuye el hecho de que su detección es difícil por los sentidos. Sólo se detecta su presencia cuando ya existe el peligro. Los factores de riesgo eléctrico pueden producir daños sobre las personas (contracción muscular, paro cardíaco y respiratorio, quemaduras, etc) y sobre las instalaciones, máquinas y materiales cuando estos originan incendios y explosiones. Usted como líder de seguridad debe aprender a identificar los factores de riesgo eléctrico que existen en el lugar donde trabaja, con el fin de ayudarle a su empresa a tomar las precauciones necesarias para que el o con esta no pueda ocasionarnos una lesión las lesiones en las personas, muchas de las cuales son mortales. i

DEFINICIONES BÁSICAS Para poder reconocer los riesgos eléctricos es necesario conocer algunas definiciones básicas sobre la energía: Energía: Es movimiento o la posibilidad de que haya movimiento. Corriente Eléctrica o Intensidad de Corriente: Flujo de energía que acciona una máquina, equipo o herramienta. En un tiempo dado Aislador: es todo elemento que impida el paso de la corriente eléctrica a través de su estructura. Está relacionado de manera importante con la resistencia. Insulado: Capa aislante que tienen las herramientas para trabajar con la electricidad. Circuito eléctrico : es toda combinación de conductores y rios empleados para que la electricidad se transforme en trabajo. Riesgo eléctrico: Se define como la posibilidad de circulación de la corriente eléctrica a través del cuerpo humano. Electrización: Consiste en dar electricidad a un cuerpo, sea cual fuere. Cualquier accidente debido a la electricidad de una electrización. Electrocución: Es una electrización mortal. Es la consecuencia del o del cuerpo con demasiada electricidad.


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Accidentes en los que está implicada la electricidad. ACCIDENTES PROVOCADOS POR LA ELECTRICIDAD Los accidentes pueden ocurrir cuando alguien toca una parte de una unidad cargada con electricidad. Incluso el o con una parte de la unidad que normalmente no está cargada puede provocar serios daños a la persona si no se encuentra bien aislada. Las lesiones en las personas habitualmente ocurren por:

• o directo con la electricidad • Formación de un arco eléctrico • Explosión Los principales factores que intervienen en los accidentes eléctricos son: Intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo humano Tiempo de exposición al riesgo Trayectoria de la corriente eléctrica por el cuerpo humano Naturaleza de la corriente Resistencia eléctrica del cuerpo humano Edad y sexo Enfermedades Estado emocional LA CORRIENTE ELÉCTRICA Y EL CUERPO HUMANO El cuerpo humano es conductor de la electricidad por lo que la intensidad que por él circula es consecuencia directa de la tensión aplicada y de la resistencia que ofrece al paso de la corriente. La resistencia en el cuerpo humano depende de los siguientes aspectos:        

Resistencia de la piel a la entrada de la corriente. Resistencia opuesta por los tejidos y órganos. Resistencia de la piel a la salida de la corriente. La superficie de o. La humedad de la piel. La presión de o. El tipo de calzado. La humedad del terreno.


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Teniendo en cuenta que el cuerpo humano se comporta como una resistencia “ R “ Los valores típicos son:

Lo anterior significa que si la piel está seca la “R” es alta, pero si está húmeda la “R” es baja. Por lo tanto la corriente es inversamente proporcional a la “R” y como consecuencia pasará más cantidad de corriente a través de nuestro cuerpo cuando está húmedo.

La corriente eléctrica sigue el camino de menor resistencia para ir a tierra. Una persona que toca una carcaza de una herramienta mal aislada, sufrirá un choque eléctrico al formar parte de un circuito que se cierra a través de la tierra Para que se produzca el choque eléctrico, una persona tiene que formar parte de un circuito eléctrico, y cuando la persona forma parte de un circuito puede ofrecer el camino de más baja resistencia al paso de la corriente. Para que circule corriente a través de un elemento o del cuerpo humano se deben existir las siguientes condiciones: •Dos puntos de o: A y B. Que el cuerpo humano cierre el circuito en dos puntos, uno de entrada y otro de salida, independiente de la parte del cuerpo que toque el circuito. •Tensión aplicada entre A y B. Cuando la persona cierre el circuito debe haber en ese momento un voltaje o fuente de poder que la suministre. •Camino eléctrico (de baja resistencia) Cuando el cuerpo humano entra en o con energía, el camino que recorre la corriente no debe ser interrumpida, para que se genere un punto de entrada y otro de salida (se puede interrumpir con un aislador).


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¿Cómo pasa la corriente eléctrica por el cuerpo humano? Las consecuencias del accidente dependen de los órganos del cuerpo humano (cerebro, corazón, pulmones), que atraviese la corriente eléctrica a su paso por él. Las mayores lesiones se producen cuando la corriente eléctrica circula entre los siguientes puntos de o: Mano derecha - pie izquierdo Mano izquierda – pie derecho Manos - cabeza Mano derecha – tórax – mano izquierda Mano – brazo – codo Pie derecho – pie izquierdo LAS CINCO FORMAS DE ELECTRIZARSE  o bipolar: entre fase (positivo) y fase (positivo) -----es un accidente frecuente  o bipolar: fase (positivo) y neutro (negativo) energizado----- es un accidente poco frecuente.  o bipolar: neutro energizado con neutro energizado ----- accidente muy poco frecuente.  o Unipolar: fase a tierra (la masa) ------ es un accidente muy frecuente.  o unipolar neutro energizado a tierra (la masa) ----- es un accidente frecuente. REACCIÓN DEL CUERPO A LA DESCARGA ELÉCTRICA O ELECTRIZACIÓN. Por ser el cuerpo humano un conductor de electricidad, podemos aplicarle la ley de OHM.

I=V/R

La gravedad de la descarga no viene determinada solamente por el voltaje, depende de:  La cantidad de corriente que circula por el cuerpo.  El tiempo de permanencia del cuerpo formando el circuito.  La capacidad de reacción del cuerpo humano.  La frecuencia (sí es corriente alterna


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Unidades de intensidad de corriente: En el sistema internacional, la unidad de intensidad de corriente se denomina amperio(A) en honor al físico Andrés Ampere y se define como la carga de un Coulomb (ΔQ=1C) que pasa a través de una sección de un conductor cada segundo. Se utilizan muy frecuentemente algunos submúltiplos del Amperio como son el miliamperio (mA) y el microamperio (µA) siendo:

Fuerza electromotriz (f.m.e) Hemos dicho que para mantener una corriente eléctrica se requiere de un generador que emplee algún tipo de energía. Todos los conductores presentan oposición a la circulación de la carga, por lo que para mantener la corriente hay que realizar un trabajo eléctrico que obliguen a las cargas a moverse en contra de los diversos efectos de oposición que puedan encontrar. La fuerza electromotriz o f.e.m, de un generador hace referencia a la energía (trabajo) transformado por unidad de carga en proceso reversible. Si la f.m.e . Se simboliza con la letra Ɛ, se tiene:

T= Trabajo o energía Q= unidad de carga También se puede expresar en.


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El stv es una unidad que solo se utiliza en las investigaciones científicas y en la comunicación de sus resultados; en la vida práctica ha quedado completamente en desuso. Potencia de un generador:(P) La potencia (P) de un generador se refiere al trabajo que realiza sobre una carga Q por unidad de tiempo, o sea

Así , el trabajo realizado sobre la carga Q en un tiempo t es igual a:

Resistencia eléctrica (R): Para que en un circuito eléctrico exista una corriente, además de un generador que proporciones energía, es necesario la presencia de un alambre conductor. La corriente que circula dependerá de varios factores relacionados con el conductor, como su largo, su área de la sección y el material de cual esta constituido. la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica se denomina Resistencia eléctrica del conductor.

Si el conductor tiene resistencia (R) casi despreciable, se representa por líneas rectas, por ejemplo en la figura las secciones AB Y CD tiene resistencia muy pequeñas. Si la resistencia es grande se representa por una línea quebrada. Por ejemplo en la figura la sección BC. Esta resistencia grande puede ser una lámpara, un calentador etc.


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(

)

=constante de proporcionalidad, dependerá del material del cual esta construido el alambre y se denomina resistividad del material. L=longitud del conductor A= área de la sección del conductor

Ley de OHM Para algunos materiales se cumple que la resistencia es constante, independiente del voltaje aplicado o de la corriente que pasa a través de el. Los materiales que obedecen la ley de OHM se denominan óhmicos o lineales, si un material es óhmico el grafico i contra V no seria una línea recta. De la ecuación que significa la diferencia de potencia o voltaje (V) entre los extremos de un conductor cuya resistencia es R y por la cual fluye una corriente i.

Unidades de Resistencia:


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Prevención de accidentes con máquinas y herramientas eléctricas. El riesgo de accidentes aumenta cuando se emplean motores o instrumentos portátiles. El material aislante de estos aparatos está sometido a mayor desgaste. Los alambres conductores y los cables se dañan con facilidad y esto puede provocar un cortocircuito Para evitar accidentes debidos a la electricidad durante el trabajo con máquinas eléctricas se deben tener en cuenta las siguientes medidas de prevención y control:  Las partes que transmiten corriente deben estar correctamente aisladas. Los elementos tales como palancas y ruedas motrices deben estar hechos de material aislante.  El mango de agarre de las herramientas de mano debe estar recubierto por material aislante y este no debe presentar desgaste o estar roto.  Las cubiertas de los motores deben tener descarga a tierra.  Las personas que trabajan con máquinas eléctricas fijas, deben estar paradas sobre material aislante.  El piso debe estar seco, igualmente la ropa y manos deben estar secas y libres de sudor. El agua es muy buen conductor de la electricidad.  También debe evitarse el uso de hebillas o elementos metálicos en la ropa, porque pueden conducir electricidad y causar un accidente.  Debe existir al alcance del trabajador un interruptor de emergencia. Este debe estar al alcance de otros trabajadores también.  En caso de accidente debe interrumpirse el suministro de energía inmediatamente, antes de proceder a dar los primeros auxilios.  Las instalaciones eléctricas deben tener fusibles u otros sistemas de protección para  aquellos casos en los cuales hay cambios en el suministro de corriente. aislar eléctrica  Los alambres y cables de las máquinas deben estar fijos a la pared.  Los circuitos deben estar correctamente instalados y debe evitarse el uso de conexiones improvisadas


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Como protegerse de un accidente eléctrico. •Planear los mantenimientos con anticipación. • Conocer con anticipación el circuito a intervenir • Considerar todo circuito como energizado. • Aislarse (Guantes, botas, casco, alfombra, pértiga), adicionalmente gafas. • Aplicar las cinco reglas de oro cuando se trabaja en un circuito desenergizado: Corte visible del circuito, Bloqueo o condenación del circuito, comprobar ausencia de tensión, cortocircuito y puesta a tierra y señalizar el área y el circuito. • Mantener el área de trabajo limpia y en orden. • El sitio de trabajo debe estar bien iluminado. • Debe haber buena visibilidad en el área de trabajo. • Antes de comenzar a trabajar quítese las joyas. • Utilizar herramientas aisladas. • Aplicar la regla de una sola mano.


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