INDICE. Notas a Estudiantes y Profesores. Acerca del Formato

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1 INDICE Notas a Estudiantes y Profesores. Acerca del Formato XIV Prefacio XVI 1. Introducción Ciencia y creatividad La física y sus relaciones con otros campos Modelos, teoría y leyes Medición e incertidumbre Unidades, patrones y el SI Orden de magnitud: Estimaciones rápidas Matemáticas 14 Resumen 15 Preguntas 15. Problemas 16. Problemas generales Descripción del Movimiento: Cinemática en una Dimensión Rapidez Cambio de unidades Marcos de referencia y sistemas de coordenadas Velocidad media y desplazamiento Movimiento bajo aceleración constante Vectores y escaleras Aceleración Movimiento uniformemente acelerado Solución de problemas Caída de cuerpos 31 *2.11. Análisis gráfico del movimiento rectilíneo 37 Resumen 40 Preguntas 40. Problemas 41. Problemas generales Cinemática en Dos o tres Dimensiones; Vectores Suma de vectores; método gráfico Resta de vectores y multiplicación de un vector por un escalar Método analítico para la suma de vectores: Componentes 50 Solución de problemas Velocidad relativa, vectores en la solución de problemas Movimiento de un proyectil Solución de problemas de movimiento de proyectiles 62 *3.7. El movimiento de proyectiles es parabólico 66 Resumen 67. Preguntas 67. Problemas 68. Problemas generales Movimiento y Fuerza Dinámica Fuerza Primera ley de Newton del movimiento Masa Segunda ley del movimiento de Newton Tercera ley de Newton del movimiento Peso (fuerza de la gravedad) y la fuerza normal Resolución de problema con las leyes de Newton; fuerzas 86 vectoriales y diagramas de cuerpo libre Solución de Problemas 87 *4.8. Problemas de frición y planos inclinados Leyes o definiciones Solución de problemas: Método general 92

2 Solución de problemas 100 Resumen 100. Preguntas 101. Problemas 101. Problemas generales Movimiento Circular; Gravitación Cinemática del movimiento circular uniforme Dinámica del movimiento circular uniforme Movimiento circular no uniforme Centrifugado Ley de Newton de la gravitación universal Gravedad cerca de la superficie terrestre; aplicaciones geofísicas Satélites e ingravidez Leyes de Kepler y síntesis de Newton Tipos de fuerzas en la naturaleza 130 Solución de problemas 130 Resumen 131. Preguntas 131. Problemas 132. Problemas generales Trabajo y Energía Trabajo efectuado por una fuerza constante 138 Solución de problemas Trabajo efectuado por una fuerza variable Energía cinética y principio de trabajo energía Energía potencial Fuerza conservativas y no conservativas Energía mecánica y su conservación Solución de problemas empleando la conservación de la energía 151 mecánica 6.8. Otras formas de energía; transformaciones de energía y la ley de 154 conservación de la energía 6.9. Conservación de la energía con fuerzas disipativas: Solución de 156 problemas Solución de problemas Potencia 157 Resumen 150. Preguntas 150. Problemas 151. Problemas generales Cantidad de Movimiento Cantidad de movimiento y su relación con la fuerza Conservación de la cantidad de movimiento Colisiones e impulso Conservación de la energía y la cantidad de movimiento en las 173 colisiones 7.5. Colisiones elásticas en una dimensión; Solución de problemas 174 usando la conservación de la energía de la cantidad de movimiento 7.6. Colisiones elásticas en dos o tres dimensiones Colisiones inelásticas 178 Solución de problemas Centro de masa Centro de masa y movimiento de traslación 184 Resumen 186. Preguntas 186. Problemas 187. Problemas generales Movimientos de Rotación Cantidades Ecuaciones cinemáticas para movimiento rotatorio uniformemente 197 acelerado

3 8.3. Torca Dinámica de rotación; torca o inercia de rotación Solución de problemas de dinámica de rotación 204 Solución de problemas Energía cinética de rotación Cantidad de movimiento angular y su conservación naturaleza vectorial de las cantidades angulares Vector de referencia de movimiento angular; una rueda giratoria Marcos de referencia en rotación; fuerzas inerciales Fuerza de Coriolis 215 Resumen 217. Preguntas 218. Problemas 220. Problemas generales Cuerpos en equilibrio; Elasticidad y Fractura Estática; estudio de las fuerzas en equilibrio Condiciones para e equilibrio Solución de problemas de estática 231 Solución de problemas Aplicaciones en músculos y articulaciones Estabilidad y equilibrio Elasticidad; esfuerzo y deformación unitaria Fractura Remate de claros: Arcos y cúpulas 245 Resumen 249. Preguntas 249. Problemas 250. Problemas generales Fluidos Densidad y gravedad específica Presión en los fluidos Presión atmosférica y presión manométrica El principio de Pascal Medición de la presión; manómetros y barómetros Flotabilidad y principio de Arquímedes Fluidos en movimiento: gasto y ecuación de continuidad Ecuación de Bernoulli Aplicaciones del principio de Bernoulli: del teoremas de Torricelli a 274 los barcos de vela, las superficies de sustentación y el ataque isquémico transitorio Viscosidad Flujo en tubos: ecuación de Poiseuille, flujo sanguíneo, número 279 de Reynolds Movimiento de un objeto en un fluido; sedimentación y retardo Tensión superficial y capilaridad Bombas; el corazón y la presión sanguínea 286 Resumen 288. Preguntas 288. Problemas 290. Problemas generales Variaciones y Ondas Movimiento armónico simple Energía Cálculos para un resorte vertical Círculo de referencia: El periodo y la naturaleza senoidal del 301 movimiento armónico simple Péndulo simple Movimiento armónico amortiguado 306

4 11.7. Vibraciones forzadas: resonancia Movimiento ondulatorio Tipos de ondas Energía transmitida por las ondas Reflexión e interferencia de ondas Ondas estacionarias, resonancia Refracción y difracción 323 Resumen 325. Preguntas 236. Problemas 327. Problemas generales Sonido características del sonido Intensidad del sonido La intensidad en relación con la amplitud y la amplitud de presión El oído y su respuesta, volumen del sonido Fuentes de sonido: cuerdas vibratorias y columnas de aire Calidad del sonido y ruido Interferencia de ondas sonoras; pulsaciones Efecto Doppler Ondas de choque y estampido sónico Aplicaciones; el ultrasonido y las imágenes médicas 356 Resumen 359. Preguntas 360. Problemas 360. Problemas generales Temperatura y Teoría Cinética Los átomos Temperatura Equilibrio térmico y ley cero de la termodinámica Expansión térmica Esfuerzo térmico Leyes de los gases y temperatura absoluta La ley del gas ideal Solución de problemas con la ley del gas ideal Ley de gas ideal en términos moleculares: número de Avogadro Teoría cinética e interpretación molecular de la temperatura Distribución de velocidades moleculares Gases reales y cambios de fase Presión del vapor y humedad Difusión 392 Resumen 394. Preguntas 395. Problemas 396. Problemas generales Calor Calor como transferencia de energía Diferencia entre temperatura, calor y energía interna Energía interna de un gas ideal Calor específico Calometría: Resolución de problemas Calor latente; resolución de problemas 407 Solución de problemas Transmisión del calor: La conducción Transmisión del calor: Convección Transmisión del calor: Radiación 415 Resumen 418. Preguntas 419. Problemas 420. Problemas generales 422

5 15. Las Leyes de la Termodinámica La primera ley de la termodinámica Primera ley de la termodinámica aplicada a algunos sistemas 426 sencillos Metabolismo humano y la primera ley La segunda ley de la termodinámica: introducción Máquinas térmicas Refrigeradores, acondicionadores de aire y bombas de calor Entropía y la segunda ley de la termodinámica Del orden al desorden Energía no disponible; la muerte del calor Evolución y crecimiento; la flecha del tiempo Interpretación estadística de la entropía y la segunda ley Reservad energéticas: contaminación térmica 444 Solución de problemas 449 Resumen 449. Preguntas 450. Problemas 451. Problemas generales Carga Eléctrica y Campo Eléctrico Electricidad estática: carga eléctrica y su conservación Cargas eléctricas en el átomo Aisladores y conductores Carga inducida; el electroscopio Ley de Coulomb Resolución de problemas en los que intervienen la ley de Coulomb 462 y los vectores El campo eléctrico Líneas de campo Campos eléctricos y conductores Las fuerzas eléctricas en la biología molecular: Estructura y 470 duplicación del ADN Resumen 473. Preguntas 474. Problemas 474. Problemas generales Potencial Eléctrico y Energía Eléctrica; Capacitancia Potencial eléctrico y diferencia de potencial Relación entre el potencial eléctrico y el campo eléctrico Líneas equipotenciales El electrón volt, unidades de energía Potencial eléctrico debido a cargas puntuales únicas Dipolos eléctricos Capacitancia Dieléctricos Almacenamiento de la energía eléctrica La emisión termoiónica y el tubo de rayos catódicos El electrocardiograma 496 Resumen 498. Preguntas 498. Problemas 499. Problemas generales Corrientes Eléctricas La pila eléctrica La corriente eléctrica Ley de Ohm: Resistencia y resistores La resistividad La superconductividad 511

6 18.6. La potencia eléctrica La corriente eléctrica Punto de vista microscópico de la corriente eléctrica El sistema nervioso y la conducción nerviosa 519 Resumen 522. Preguntas 523. Problemas 524. Problemas generales Circuito e Instrumentos de CD Resistencia en serie y en paralelo FEM y el voltaje entre terminales Las reglas de Kirchhoff Solución de problemas mediante las reglas de Kirchhoff 537 Solución de problemas FEM en serie y en paralelo; carga de un acumulador Circuitos con capacitares en serie y en paralelo Circuitos con una resistencia y un capacitor Marcapasos cardiacos Riesgos eléctricos: fugas de corriente Amperímetros y voltímetros de cd Corrección por resistencia del medidor 548 Resumen 549. Preguntas 550. Problemas 551. Problemas generales Magnetismo Imanes y campos magnéticos Las corrientes eléctricas producen magnetismo Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético; 562 definición de B Fuerza sobre una carga eléctrica que se mueve en un campo 564 magnético Campo magnético debido a un cable recto; fuerza entre dos cables 566 paralelos Definición operacional del ampere y del coulomb Ley de Ampere Torca sobre una espira con corriente; momento bipolar magnético Aplicaciones: Galvanómetros, motores y bocinas El efecto Hall Espectrómetro de masas Ferromagnetismo; dominios Electroimanes y solenoides Campos magnéticos en materiales magnéticos: histéresis 579 Solución de problemas 581 Resumen 581. Preguntas 582. Problemas 583. Problemas generales Inducción Electromagnética y Ley de Faraday; Circuitos de CA FEM inducida Ley de Faraday de la inducción; ley de Lenz FEM inducida e un conductor en movimiento El flujo magnético variable produce un campo eléctrico Generadores eléctricos Fuerza y torca contraelectromotrices; corrientes parásitas Transformadores; transmisión de potencia Aplicaciones de la inducción: Micrófonos electromagnéticos, 602 cabezas para grabación, computadoras y sismógrafos

7 21.9. Inductancia Energía almacenada en un campo magnético Circuito LR Circuito de ca e impedancia Circuitos LRC en serie de ca; solución de problemas Resonancia e circuitos de ca; osciladores Igualación de impedancias 616 Resumen 618. Preguntas 618. Problemas 619. Problemas generales Ondas Electromagnéticas Los campos eléctricos fluctuantes producen campos magnéticos; 625 ecuaciones de Maxwell Cuarta ecuación de Maxwell; corriente de desplazamiento Producción de ondas electromagnéticas Cálculo de la velocidad de las ondas electromagnéticas La luz como onda electromagnética y el espectro electromagnético Energía en las ondas electromagnéticas Radio y televisión 638 Resumen 641. Preguntas 641. Problemas 642. Problemas generales La Luz: Óptica Geométrica El modelo de rayos de la luz La rapidez de la luz y el índice de refracción Reflexión: formación de imágenes en un espejo plano Formación de imágenes en espejos esféricos 650 Solución esféricos Refracción: Ley de Snell Reflexión total interna; fibras ópticas Lentes delgadas; trazado de rayos La ecuación de la lente Solución de problemas para lentes 666 Solución de problemas Solución de problemas para combinaciones de lentes La ecuación del fabricante de lentes 670 Resumen 672. Preguntas 673. Problemas 674. Problemas generales La Naturaleza Ondulatoria de la Luz Ondas y partículas; principio de Huygens y difracción El principio de Huygens y la ley de la refracción Interferencia: Experimento de Young de las dos ranuras Espectro visible y dispersión Difracción por una sola ranura o un solo disco Rejilla de difracción El espectrómetro y la espectrocospía Interferencia mediante películas delegadas Interferómetro de Michelson Polarización Dispersión de la luz por la atmósfera 702 Solución de problemas 703 Resumen 704. Preguntas 704. Problemas 705. Problemas generales Instrumentos Ópticos 710

8 25.1. La cámara El ojo humano; las lentes correctivas La lupa o lente de aumento Los telescopios Microscopio compuesto Aberraciones de las lentes Límites de resolución; el criterio de Rayleigh Resolución en telescopio y microscopios Resolución del ojo humano y aumento útil Microscopios especiales y contraste Rayos X difracción de rayos X Formación de imágenes con rayos X y tomografía computarizada 734 (barrido CAT) Resumen 737. Preguntas 738. Problemas 739. Problemas generales 741 Apéndice A Repaso de Matemáticas 742 A-1. Relaciones, proporcionalidad y ecuaciones 742 A-2. Exponentes 743 A-3. Potencias de 10; notación exponencial 744 A-4. Álgebra 745 A-5. El desarrollo binomial 748 A-6. Geometría plana 749 A-7. Áreas y volúmenes 750 A-8. Funciones e identidades trigonométricas 750 A-9. Logaritmos 751 Apéndice B. 754 Análisis Dimensional Apéndice C. 757 Ley de Gauss Apéndice D. 762 Selección de Isótopos Respuestas a los problemas Impares 767 Índice 773