INDICE. Volumen 1 Mecánica

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1 INDICE Volumen 1 Mecánica 1 1. Unidades cantidades físicas y vectores 1.1. La naturaleza de la física Como resolver problemas en física Estándares y unidades Consistencia y conversiones de unidades Incertidumbre y cifras significativas Estimaciones y ordenes de magnitud Vectores y suma de vectores Componentes de vectores Vectores unitarios Productos de vectores 2 Resumen/términos clave 31 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Movimiento en línea recta Desplazamiento, tiempo y velocidad media Velocidad instantanea Aceleración a media e instantánea Movimiento con aceleración constate Cuerpos en caída libre 58 *2.6. Velocidad y posición por integración 62 Resumen/términos clave 66 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Movimiento en dos o tres dimensiones Vectores de posición y velocidad El vector de aceleración Movimiento de proyectiles Movimiento en un circulo Velocidad relativa 101 Resumen/términos clave 107 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Leyes de movimiento de Newton Fuerzas e interacciones Primera ley de Newton Segunda ley de Newton Masa y peso Tercera ley de Newton Diagramas de cuerpo libre Ley de Newton de la gravitación Resumen/términos clave 145 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Aplicación de las Leyes de Newton Empleo de la primera ley de Newton partículas en equilibrio Empleo de la segunda ley de Newton dinámica de partículas Fuerzas de fricción Dinámica del movimiento circular 181

2 5.5. Fuerzas fundamentales de la naturaleza Trabajo y Energía cinética Trabajo Trabajo y energía cinética Trabajo y realizado por una fuerzas variables Potencia 227 Resumen/términos clave 230 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Energía potencial y conservación de la energía Energía potencial gravitacional Energía potencial elástica Fuerzas conservativas y no conservativas Fuerzas y Energía potencial Diagramas de energía 268 Resumen/términos clave 271 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Cantidad de movimiento impulso y choques Cantidad de movimiento impulso Conservación de la cantidad de movimiento Choques inelásticos Centro de masa 306 *8.5. Propulsión a reacción 311 Resumen/términos clave 314 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Rotación de cuerpos rígidos Velocidad y aceleración angulares Rotación con aceleración angular constante Relación entre cinemática lineal y angular Energía en el movimiento rotacional Teorema de los ejes paralelos 345 *9.6. Cálculos de momentos de inercia 347 Resumen/términos clave 350 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Dinámica del movimiento rotacional Momento de torsión Momento de torsión y aceleración angular de un cuerpo rígido Rotación de un cuerpo rígido sobre un eje móvil Trabajo y potencia en movimiento rotacional Cantidad de movimiento angular Conservación de la cantidad de movimiento angular Giróscopos y precesión 386 Resumen/términos clave 390 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Equilibrio y elasticidad Condiciones del equilibrio Centro de gravedad Resolución de problemas de equilibrio de cuerpos rígidos Esfuerzo, tensión y módulos de elasticidad 414

3 11.5. Elasticidad y plasticidad 420 Resumen/términos clave 422 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Gravitación Ley de gravitación de Newton Peso Energía potencial gravitacional Movimiento de satélites las leyes de Kepler y el movimiento de los planeas 452 *12.6. Distribuciones esféricas de masa Peso aparente y rotación terrestre Agujeros negros 461 Resumen/términos clave 465 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Movimiento Periódico Descripción de la oscilación Movimiento armónico simple Energía en el movimiento armónico simple Aplicaciones del movimiento armónico simple El Péndulo físico Oscilaciones amortiguadores Oscilaciones forzadas y resonancia 502 Resumen/términos clave 504 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Mecánica de Fluidos Densidad Presión en un fluido Flotación Flujo de fluidos Ecuación de Bernoulli Viscosidad y turbulencia 533 Resumen/términos clave 536 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 538 Ondas/ acústica 15. Ondas Mecánicas Tipos de ondas periódicas Descripción matemática de una onda Rapidez de una onda transversal Energía del movimiento ondulatorio Interferencia de ondas, condiciones de frontera y superposición Ondas estacionarias en una cuerda Modos normales de un acuerda 575 Resumen/términos clave 580 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Sonido y el oído Ondas sonoras Rapidez de las onda sonoras Intensidad del sonido Ondas sonoras estacionarias y modos normales 608

4 16.5. Resonancia Interferencia de ondas El efecto Doppler Ondas de choque 627 Resumen/términos clave 631 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 633 Termodinámica Temperatura y calor Temperatura y equilibrio térmico Termómetros de escalas de temperatura Termómetros de gas y la escala Kelvin Expansión térmica Cantidad de calor Calorimetría y cambio de fase Mecanismos de transferencia de calor 663 Resumen/términos clave 671 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Propiedades Térmicas de la materia Ecuaciones de estado Propiedades moleculares de la materia Modelo cinético-molecular del gas ideal Capacidades caloríficas Rapideces moleculares Fases de la materia 708 Resumen/términos clave 712 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas La primera ley de la termodinámica Sistemas termodinámicos Trabajo realizado al cambiar el volumen trayectorias entres estados termodinámicos Energía interna y la primera ley de la termodinámica Tipos de procesos termodinámicos Energía interna del gas ideal Capacidades calorífica del gas ideal Proceso adiabáticos para el gas ideal 741 Resumen/términos clave 745 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas La segunda ley de la termodinámica Dirección de los procesos termodinámicos Máquina de calor Motores de combustión interna Refrigeradores La segunda ley de la termodinámica El ciclo de Carnot Entropía 733 *20.8. Interpretación microscópica de la entropía 779 Resumen/términos clave 783 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 785 Volumen 2 792

5 Electromagnetismo 21. Carga eléctrica y campo eléctrico Cargas eléctricas Conductores y aisladores Ley de Coulomb Campo eléctrico y fuerzas eléctricas Cálculos de campos eléctricos Líneas de campo eléctrico Dipolos eléctricos 820 Resumen/términos clave 825 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Ley de Gauss Carga y flujo eléctrico Cálculo del flujo eléctrico Ley Gauss Aplicaciones de la ley Gauss Cargas en conductores 855 Resumen/términos clave 860 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Potencial eléctrico Energía potencial eléctrica Potencial eléctrico Cálculo del potencial eléctrico Superficies equipotenciales Gradiente de potencial 893 Resumen/términos clave 896 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Capacitancia y Dieléctricos Capacitores y capacitancia Capacitores en serie y en paralelo Almacenamiento de energía en capacitores y energía de campo eléctrico Dieléctricos 922 *24.5. Modelo molecular de la carga inducida 928 *24.6. La ley de Gauss en los dieléctricos 930 Resumen/términos clave 932 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Corriente, Resistencia y Fuerza Electromotriz Corriente eléctrica Resistividad Resistancia Fuerza electromotriz y circuitos Energía y potencia en circuito eléctricos 962 *25.6. Teoría de la conducción metálica 966 Resumen/términos clave 970 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Circuitos de Corriente Continua Resistores en serie y en paralelo Reglas de Kirchhoff 986

6 26.3. Instrumentos de medición eléctrica Circuito R-C Sistemas de distribución de energía 1002 Resumen/términos clave 1007 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Campo Magnético y fuerzas magnéticas Magnetismo Campo magnético Líneas del campo magnético y flujo magnético Movimiento de partículas con carga en un campo magnéticos Aplicaciones del movimiento de partículas con carga Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente Fuerza y momento de torsión en una espira de corriente 1039 *27.8. El motor corriente continua Efecto Hall 1048 Resumen/términos clave 1051 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Fuentes de Campo Magnético Campo magnético de una carga en movimiento Campo magnético creado por un elemento de corriente Campo magnético de un conductor recto que transporta corriente Fuerza entre conductores paralelos Campo magnético de una espira circular de corriente Ley de Ampere Aplicaciones de la ley de Ampere 1082 *28.9. Materiales magnéticos 1086 Resumen/términos clave 1093 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Inducción electromagnética Experimentos de inducción Ley de Faraday Ley de Lenz Fuerzas electromotriz de movimiento Campos eléctricos inducidos 1123 *29.6. Corrientes parasitas Corriente de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell 1128 *29.8. Superconductividad 1133 Resumen/términos clave 1135 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Inductancia Inductancia mutua Autoinducción e inductores Energía de campo magnético El Circuito R-L El Circuito L-C El Circuito R-L-C en serie 1168 Resumen/términos clave 1171 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 1173

7 31. Corriente Alterna Fasores y corriente alterna Resistencia y reactancia El Circuito R-L-C en serie Potencia en los circuitos de corriente alterna Resonancia de los circuitos de corriente alterna Transformadores 1201 Resumen/términos clave 1205 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Ondas Electromagnéticas Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas Ondas electromagnéticas planas y rapidez de la luz Ondas electromagnéticas sinusoidales Energía y cantidad de movimiento de las ondas electromagnéticas Ondas electromagnéticas estacionarias El espectro electromagnético 1238 Resumen/términos clave 1240 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Naturaleza y Propagación de la Luz Naturaleza de la luz Reflexión y refracción Reflexión interna total Dispersión Polarización Dispersión luminosa Principio de Huygens 1271 Resumen/términos clave 1275 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Óptica geométrica e Instrumentos Ópticos Reflexión y refracción en una superficie Reflexión en una superficie esférica Refracción en una superficie esférica Lentes delgadas Cámaras fotográficas El ojo Lente de aumento Microscopios y telescopios 1322 Resumen/términos clave 1327 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Interferencia Interferencia y fuentes coherentes Interferencia de luz y de dos fuentes Intensidad en los patrones de interferencia Interferencias en películas finas Interferómetro de Michelson 1356 Resumen/términos clave 1359 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Difracción 1367

8 36.1. Difracción de Fresnel y de Fraunhofer Difracción desde una sola ranura intensidad en el patrón de sola ranura Ranuras múltiples Rejillas de difracción Difracción de rayos X Aberturas circulares y poder resolutivo 1386 Resumen/términos clave 1393 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 1395 Física moderna 37. Relatividad Invariabilidad de las leyes físicas Relatividad de la simultaneidad Relatividad de los intervalos de tiempo Relatividad de la longitud Transformación de Lorentz Efecto Doppler de ondas electromagnéticas Cantidad de movimiento relativista mecánica newtoniana y relatividad 1433 Resumen/términos clave 1435 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Fotones, Electrones y Átomos Emisión y absorción de la luz El Efecto fotoeléctrico Espectros atómicos de líneas y niveles de energía El átomo nuclear El modelo de Bohr El láser Producción y esparcimiento de rayos X Espectros continuos Dualidad onda-partícula 1478 Resumen/términos clave 1480 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas La naturaleza ondulatoria de las partículas Ondas de De Broglie Difracción de electrones Probabilidad e incertidumbre El microscopios electrónico Funciones de onda y la ecuación de Shrodinger 1503 Resumen/términos clave 1511 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Mecánica Cuántica Partícula en una caja Pozos de potencial Barreras de potencial y tunelamiento El oscilador armónico Problemas tridimensionales 1538 Resumen/términos clave 1540

9 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Estructura atómica El átomo de hidrogeno El efecto Zeeman Spin de electrón Átomos con muchos electrones y el principio de rayos X Espectros de rayos X 1573 Resumen/términos clave 1577 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Molécula y materia condensada Clases de enlaces moleculares Espectros moleculares Estructuras de los sólidos Bandas de energía Modelo de electrones libres para los metales Semiconductores Dispositivos con semiconductores Superconductividad 1613 Resumen/términos clave 1615 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Física nuclear Propiedades de los núcleos Enlace nuclear y estructura nuclear Estabilidad nuclear y radiactividad Actividades y vidas medias Efectos biológicos de la radiación Reacciones nucleares Fisión nuclear Fusión nuclear 1652 Resumen/términos clave 1660 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas Físicas de partículas y cosmología Las partículas Fundamentals y su historia Aceleradores y detectores de partículas Partículas e interacciones Los quarks y las ocho maneras El modelo estándar y mas allá El universo en expansión El principio del tiempo 1700 Resumen/términos clave 1709 Preguntas para análisis/ejercicios/problemas 1711 Apéndices A. Sistema internacional de unidades A1 B. Relaciones matemáticas útiles A3 C. El alfabeto griego A4 D. Tabla periódica de los elementos A5 E. Factores de conversión de unidades A6 F. Constantes numéricas A7 Respuesta a los problemas impares A9

10 Créditos fotográficos Índice A23 A27