viii Prefacio X1l1 Capítulo 5.Momento de torsión y equilibrio rotacional 93 -"""",,, Mecánica 5.1 Condiciones de equilibrio 94 5.2 Capítulo 1 Introducción 1 El brazo de.palanca 95 5.3 Momento de torsión 96 1.1 Quées la física? 2 5.4 Momento de torsión resultante 99 1.2 Qué importancia tienen las matemáticas? 3 5.5 1.3 Cómo estudiar física? 3 Equilibrio 100 5.6 Centro de gravedad 72 Capítulo 2 Matemáticas técnicas 6 2.1 Números con signo 7 2.2 Repaso de álgebra 10 2.3 Exponentes y radicales (optativo) 2.4 Solución a ecuaciones cuadráticas 2.5 Notación científica 16 2.6 Gráficas 18 2.7 Geometría 19 2.8 Trigonometría del triángulo rectángulo 22 Capítulo 3 Mediciones técnicas y vectores 34 Cantidades físicas 35 El Sistema Internacional 36 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 12 15 Medición de longitud y tiempo 12 Cifras significativas 39 Instrumentos de medición 41 Conversión de unidades 42 Cantidades vectoriales y escalares 45 Suma o adición de vectores por métodos gráficos 47 Fuerza y vectores 49 La fuerza resultante 51 Trigonometría y vectores 52 El método de las componentes para la suma o adición de vectores 55 Notación de vectores unitarios (opcional) 16 Resta o sustracción de vectores 61 Capítulo 4 Equilibrio traslacional y fricción 68 4.1 Primera ley de Newton 69 4.2 Segunda ley de Newton 69 4.3 Tercera ley de Newton 70 4.4 Equilibrio 71 4.5 Diagramas de cuerpo libre 72 4.6 Solución de problemas de equilibrio 4.7 Fricción 79 75 Capítulo 6 Aceleración uniforme 111 6.1 Rapidezy velocidad 112 6.2 Aceleración 113 6.3 Movimiento uniformemente 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 acelerado 114 Otras relaciones útiles 116 Resolución de problemas de aceleración 117 Convención de signos en problemas de aceleración 119 Gravedad y cuerpos en caída libre 121 Movimientode proyectiles 126 Proyección horizontal 126 El problema general de las trayectorias 129 Capítulo 7 Segunda ley de Newton 137 7.1 Segunda ley de Newton sobre el movimiento 138 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 Relación entre peso y masa 140 Aplicación de la segunda ley de Newton a problemas de un solo cuerpo 143 Técnicas para resolver problemas 145 Resolución de problemas de aceleración 117 Convención de signos en problemas de aceleración 119 Gravedad y cuerpos en caída libre 121 Movimiento de proyectiles 126 Proyección horizontal 126 El problema general de las trayectorias 129 Capítulo 8 Trabajo, energía y potencia 157 8.1 Trabajo 158 8.2 Trabajo resultante 159 8.3 Energía 161 8.4 Trabajo y energía cinética 162
Contenido ix 8.5 8.6 8.7 8.8 Energía potencial 165 Conservación de energía 166 Energía y fuerzas de fricción 168 Potencia 171 13.2 13.3 13.4 movimiento 179 Capítulo 9 Impulso y cantidad de 9.1 9.2 9.3 Impulso y cantidad de movimiento 180 Ley de la conservación de la cantidad de movimiento 182 Choques elásticos e inelásticos 185 Capítulo 10 Movimiento circular uniforme 196 10.1 Movimiento en una trayectoria circular 197 10.2 Aceleración centrípeta 197 10.3 Fuerza centrípeta 200 10.4 Peralte de curvas 201 10.5 El péndulo cónico 204 10.6 Movimiento en un círculo vertical 205 10.7 Gravitación 207 10.8 El campo gravitacional y el peso 209 10.9 Satélites en órbitas circulares 210 10.10 Leyes de Kepler 213 Capítulo 11 Rotación de cuerpos 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 11.10 rígidos 220 Desplazamiento angular 221 Velocidad angular 223 Aceleración angular 224 Relación entre los movimientos rotacional y rectilíneo 226 Energía cinética rotacional: momento de inercia 227 La segunda ley del movimiento en la rotación 229 Trabajo y potencia rotacionales 232 Rotación y traslación combinadas 233 Cantidad de movimiento angular 235 Conservación de la cantidad de movi!lliento angular 236 Capítulo 12 Máquinas simples 245 12.1 Máquinas simples y eficiencia 246 12.2 Ventaja mecánica 247 12.3 La palanca 249 12.4 Aplicaciones del principio de la palanca 12.5 12.6 12.7 250 La transmisión del momento de torsión 253 El plano inclinado 255 Aplicaciones del plano inclinado 258 Capítulo 13 Elasticidad 265 13.1 Propiedades elásticas de la materia 266 13.5 Módulo de Young 268 Módulo de Corte 271 Elasticidad de volumen; módulo volumétrico 272 Otras propiedades físicas de los metales 273 Capítulo 14 Movimiento armónico 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 simple 279 Movimiento periódico 280 La segunda ley de Newton y la ley de Hooke 283 Trabajo y energía en el movimiento armónico simple 284 El círculo de referencia y el movimiento armónico simple 286 Velocidad en el movimiento armónico simple 287 Aceleración en el movimiento armónico simple 289 El periodo y la frecuencia 291 El péndulo simple 293 El péndulo de torsión 294 Capítulo 15 Fluidos 301 15.1 Densidad 302 15.2 Presión 304 15.3 Presión del fluido 305 15.4 Medición de la presión 308 15.5 La prensa hidráulica 310 15.6 Principio de Arquímedes 311 15.7 Flujo de fluidos 315 15.8 Presión y velocidad 317 15.9 Ecuación de Bernoulli 318 15.10 Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli 320 Termodinámica, ondas mecánicas y sonido Capítulo 16 Temperatura y 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 dilatación 329 Temperatura y energía térmica 330 La medición de la temperatura 331 El termómetro de gas 335 La escala de temperatura absoluta 336 Dilatación lineal 338
x Contenido 16.6 16.7 16.8 Di]atación superficial 341 Di]atación vo1umétrica 342 La dilatación anómala de] agua 344 Capítulo 17 Cantidad de calor 350 17.] E] significado de] calor 351 17.2 La cantidad de calor 351 17.3 Capacidad de calor específico 353 ]7.4 La medición del calor 355 17.5 Cambio de fase 358 17.6 Calor de combustión 364 Capítulo 18 Transferencia de calor 369 18.1 Métodos de transferencia de calor 370 18.2 Conducción 371 18.3 Ais]amiento: e] valor R 374 18.4 Convección 375 ]8.5 Radiación 376 Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia 383 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 ]9.7 19.8 19.9 ]9.10 Gases ideales, ley de Boyle y ley de Charles 384 Ley de Gay-Lussac 386 Leyes generales de los gases 387 Masa molecu]ar y mol 389 La ley del gas ideal 391 Licuefacción de un gas 392 Vaporización 393 Presión de vapor 394 Punto triple 396 Humedad 397 Capítulo 20 Termodinámica 403 20.1 Calor y trabajo 404 20.2 Función de la energía interna 405 20.3 Primera ley de la termodinámica 406 20.4 Procesos isobáricos 20.5 20.6 20.7 20.8 20.9 y el diagrama P-V 407 Caso genera] para la primera ley 409 Procesos adiabáticos 410 Procesos isocóricos 411 Proceso isotérmico 412 Segunda ley de la termodinámica 412 20.10 20.11 20.12 20.13 Capítulo 21 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 21.8 Ciclo de Carnot 414 La eficiencia de una máquina ideal 415 Máquinas de combustión interna 416 Refrigeración 418 Movimiento ondulatorio 426 Ondas mecánicas" 427 Tipos de ondas 427 Cálculo de la rapidez de onda 428 Movimiento ondulatorio periódico 429 Energía de una onda partícula 431 Principio de superposición 433 Ondas estacionarias 434 Frecuencias características 435 Capítulo 22 Sonido 441 22.1 Producción de una onda sonora 442 22.2 La velocidad de] sonido 443 22.3 Vibración de columnas de aire 445 22.4 Vibración forzada y resonancia 448 22.5 Ondas sonoras audible s 448 22.6 Tono y timbre 452 22.7 Interferencia y pulsaciones 453 22.8 El efecto Doppler 454 Electricidad, magnetismo y óptica Capítulo 23 La fuerza eléctrica 463 23.1 La carga eléctrica 464 23.2 E] electrón 466 23.3 Aislantesy conductores 467 23.4 El electroscopiode hoja de oro 467 23.5 Redistribuciónde ]a carga 469 23.6 Cargapor inducción 469 23.7 Ley de Coulomb 470 Capítulo 24 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 El campo eléctrico 478 El concepto de campo 479 Cálculo de la intensidad de campo eléctrico 482 Líneas de campo eléctrico 485 La ley de Gauss 386 Ap]icaciones de la ley de Gauss 388
Contenido xi Capítulo 25 Potencial eléctrico 496 25.1 Energía potencial eléctrica 497 25.2 Cálculo de la energía potencial 499 25.3 Potencial 501 25.4 Diferencia de potencial 504 25.5 Experimento de Millikan de la gota de aceite 506 25.6 El electrón volt 507 Capítulo 26 Capacitancia 512 26.1 Limitaciones al cargar un conductor 513 26.2 El capacitor 515 26.3 Cálculo de la capacitancia 517 26.4 Constante dieléctrica; permitividad 519 26.5 Capacitores en paralelo y en serie 523 26.6 Energíade un capacitorcargado 526 Capítulo 27 Corriente y resistencia 27.1 El movimiento de la carga eléctrica 27.2 La dirección de la corriente eléctrica 27.3 Fuerza electromotriz 535 27.4 Ley de Ohm; resistencia 537 27.5 Potencia eléctrica y 27.6 27.7 27.8 pérdida de calor 539 Resistividad 540 Coeficiente de temperatura de la resistencia 541 Superconductividad 542 Capítulo 28 Circuitos de corriente continua 548 28.1 Circuitos simples; resistores en serie 549 28.2 28.3 28.4 28.5 28.6 532 Resistores en paralelo 551 Fem inducida y diferencia de potencial terminal 554 Medición de la resistencia interna 555 Inversión de la corriente a través de una fuente Fem 556 Leyes de Kirchhoff 557 Capítulo 29 Magnetismo y campo 29.1 29.2 29.3 29.4 29.5 29.6 magnético 567 Magnetism~ 568 Campos magnéticos 570 La teoría moderna del magnetismo 570 Densidad de flujo y permeabilidad 571 Campo magnético y corriente eléctrica 574 Fuerza sobre una carga en movimiento 574 29.7 Fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente 577 29.8 Campo magnético de un conductor largo y recto 578 29.9 Otros campos magnéticos 580 29.10 Histéresis 581 Capítulo 30 Fuerzas y momentos de torsión en un campo magnético 589 30.1 Fuerza y momento de torsión en una espira 590 30.2 Momento de torsión magnético sobre un solenoide 592 El galvanómetro 592 El voltímetro de cc 593 30.3 30.4 30.5 30.6 El amperímetro de cc 594 El motor de cc 595 533 535 Capítulo 31 Inducción 31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 31.6 31.7 31.8 electromagnética 601 Ley de Faraday 602 Fem inducida por un conductor en movimiento 605 Ley de Lenz 606 El generador de ca 607 El generador de cc 611 Fuerza electromotriz en un motor 611 Tipos de motores 612 El transformador 614 Capítulo 32 Circuitos de corriente alterna 622 32.1 32.2 32.3 32.4 32.5 32.6 32.7 32.8 El capacitor 623 El inductor 626 Corrientes alternas 628 Relación de fase en circuitos de ca 629 Reactancia 631 Circuitos en serie de ca 632 Resonancia 634 El factor de potencia 635 Capítulo 33 Luz e iluminación 642 33.1 Quées la luz? 643 33.2 Propagación de la luz 645 33.3 Espectro electromagnético 647 33.4 La teoría cuántica 648 33.5 Rayos de luz y sombras 649 33.6 Flujo luminoso 651 33.7 Intensidad luminosa 653 33.8 Iluminación 654
xii Contenido Capítulo 34 Reflexión y espejos 34.] Las leyes de ]a reflexión 662 34.2 Espejos planos 664 34.3 Espejos esféricos 665 34.4 Imágenes formadas por espejos esféricos 667 34.5 34.6 34.7 La ecuación del espejo 669 Amp]ificación 67] Aberración esférica 673 661 Capítulo 35 Refracción 678 35.1 Índice de refracción 679 35.2 Leyes de refracción 680 35.3 Longitud de onda y refracción 683 35.4 Dispersión 685 35.5 Refracción interna total 685 35.6 Fibras ópticas y aplicaciones 687 35.7 Es ]0 mismo ver que creer? 689 35.8 Profundidad aparente 690 Capítulo 36 Lentes e instrumentos ópticos 696 36.] Lentes simples 697 36.2 Longitud focal y la ecuación del fabricante de lentes 698 36.3 36.4 36.5 36.6 36.7 36.8 Formación de imágenes mediante lentes delgadas 701 La ecuación de las lentes y el aumento 703 Combinaciones de lentes 705 El microscopio compuesto 706 Telescopio 708 Aberraciones de las lentes 708 Capítulo 37 Interferencia, difracción y polarización 714 Difracción 715 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 Experimento de Young: interferencia 715 La red de difracción 719 Poder de resolución de instrumentos 721 Polarización 724 Física moderna Capítulo 38 La física moderna y 38.1 38.2 38.3 38.4 38.5 38.6 38.7 38.8 38.9 38.10 38.11 38.]2 38.13 el átomo 731 Relatividad 732 Eventossimultáneos: la relatividad del tiempo 733.. Longitud, masa y tiempo relativistas 734 Masa y energía 737 Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico 739 Ondas y partículas 740 El átomo de Rutherford 742 Órbitaselectrónicas 742 Espectro atómico 743 El átomo de Bohr 745 Nivelesde energía 747 Láser y luz láser 750 Teoría atómica moderna 75] Capítulo 39 La física nuclear y 39.1 39.2 39.3 39.4 39.5 39.6 39.7 39.8 39.9 39.10 39.11 39.12 índice 1-1 el núcleo 757 E] núcleo atómico 758 Los elementos 759 La Unidad de MasaAtómica 761 Isótopos 764 Defecto de masa y energía de enlace 766 Radiactividad 769 Decaimiento radiactivo 770 \ Vida media 771 Reacciones nucleares 773 Fisión nuclear 774 Reactores nucleares 775 Fusión nuclear 777 Manual de uso de HP 50G M-1