Tomo I Física / Para Ciencia e Ingeniería

PARTE 1
Mecánica 1
1 Física y medición 2
1.1 Estándares de longitud, masa y tiempo 3
1.2 Materia y construcción de modelos 6
1.3 Análisis dimensional 7
1.4 Conversión de unidades 9
1.5 Estimaciones y cálculos de orden de magnitud 10
1.6 Cifras significativas 11
2 Movimiento en una dimensión 21
2.1 Posición, velocidad y rapidez 22
2.2 Velocidad y rapidez instantáneas 25
2.3 Análisis de modelo: la partícula
bajo velocidad constante 28
2.4 Aceleración 31
2.5 Diagramas de movimiento 35
2.6 Análisis de modelo: la partícula
bajo aceleración constante 36
2.7 Objetos en caída libre 40
2.8 Ecuaciones cinemáticas deducidas del cálculo 43
3. Vectores 59
3.1 Sistemas coordenados 59
3.2 Cantidades vectoriales y escalares 61
3.3 Algunas propiedades de los vectores 62
3.4 Componentes de un vector y vectores unitarios 65
4 Movimiento en dos dimensiones 78
4.1 Vectores de posición, velocidad y aceleración 78
4.2 Movimiento en dos dimensiones
con aceleración constante 81
4.3 Movimiento de proyectil 84
4.4 Análisis de modelo: partícula en movimiento
circular uniforme 91
4.5 Aceleraciones tangencial y radial 94
4.6 Velocidad y aceleración relativas 96
5 Las leyes del movimiento 111
5.1 Concepto de fuerza 111
5.2 Primera ley de Newton y marcos inerciales 113
5.3 Masa 114
5.4 Segunda ley de Newton 115
5.5 Fuerza gravitacional y peso 117
5.6 Tercera ley de Newton 118
5.7 Análisis de modelos utilizando la segunda ley de Newton 120
5.8 Fuerzas de fricción 130
6 Movimiento circular y otras aplicaciones de
las leyes de Newton 150
6.1 Extensión de la partícula en el modelo
del movimiento circular uniforme 150
6.2 Movimiento circular no uniforme 156
6.3 Movimiento en marcos acelerados 158
6.4 Movimiento en presencia de fuerzas resistivas 161
7 Energía de un sistema 177
7.1 Sistemas y entornos 178
7.2 Trabajo realizado por una fuerza constante 178
7.3 Producto escalar de dos vectores 181
7.4 Trabajo realizado por una fuerza variable 183
7.5 Energía cinética y el teorema
trabajo-energía cinética 188
7.6 Energía potencial de un sistema 191
7.7 Fuerzas conservativas y no conservativas 196
7.8 Relación entre fuerzas conservativas
y energía potencial 198
7.9 Diagramas de energía y equilibrio de un sistema 199
8 Conservación de la energía 211
8.1 Análisis de modelo: sistema no aislado (energía) 212
8.2 Análisis de modelo: sistema aislado (energía) 215
8.3 Situaciones que incluyen fricción cinética 222
8.4 Cambios en la energía mecánica para
fuerzas no conservativas 227
8.5 Potencia 231
9 Cantidad de movimiento lineal y
colisiones 247
9.1 Cantidad de movimiento lineal 247
9.2 Análisis de modelo: sistema aislado
(cantidad de movimiento) 250
9.3 Análisis de modelo: sistema no aislado
(cantidad de movimiento) 252
9.4 Colisiones en una dimensión 256
9.5 Colisiones en dos dimensiones 264
9.6 El centro de masa 267
9.7 Sistemas de muchas partículas 272
9.8 Sistemas deformables 275
9.9 Propulsión de cohetes 277
10 Rotación de un objeto rígido en torno
a un eje fijo 293
10.1 Posición, velocidad y aceleración angular 293
10.2 Análisis de modelo: objeto rígido bajo aceleración
angular constante 296
10.3 Cantidades angulares y traslacionales 298
10.4 Momento de torsión 300
10.5 Análisis de modelo: objeto rígido bajo
un momento de torsión neto 302
10.6 Cálculo de momentos de inercia 307
10.7 Energía cinética rotacional 311
10.8 Consideraciones energéticas
en el movimiento rotacional 312
10.9 Movimiento de rodamiento de un objeto rígido 316
11 Cantidad de movimiento angular 335
11.1 Producto vectorial y momento de torsión 335
11.2 Análisis de modelo: sistema no aislado
(cantidad de movimiento angular) 338
11.3 Cantidad de movimiento angular
de un objeto rígido rotatorio 342
11.4 Análisis de modelo: sistema aislado
(cantidad de movimiento angular) 345
11.5 El movimiento de giroscopios y trompos 350
12 Equilibrio estático y elasticidad 363
12.1 Análisis de modelo: objeto rígido en equilibrio 363
12.2 Más acerca del centro de gravedad 365
12.3 Ejemplos de objetos rígidos
en equilibrio estático 366
12.4 Propiedades elásticas de los sólidos 373
13 Gravitación universal 388
13.1 Ley de Newton de gravitación universal 389
13.2 Aceleración en caída libre y fuerza gravitacional 391
13.3 Análisis de modelo: partícula
en un campo (gravitacional) 392
13.4 Las leyes de Kepler y el movimiento
de los planetas 394
13.5 Energía potencial gravitacional 400
13.6 Consideraciones energéticas en el
movimiento planetario y de satélites 402
14 Mecánica de fluidos 417
14.1 Presión 417
14.2 Variación de la presión con la profundidad 419
14.3 Mediciones de presión 423
14.4 Fuerzas de flotación y principio de Arquímedes 423
14.5 Dinámica de fluidos 427
14.6 Ecuación de Bernoulli 430
14.7 Otras aplicaciones de la dinámica de fluidos 433
PARTE 2
Oscilaciones y
ondas mecánicas 449
15 Movimiento oscilatorio 450
15.1 Movimiento de un objeto unido a un resorte 450
15.2 Análisis de modelo: partícula en
movimiento armónico simple 452
15.3 Energía del oscilador armónico simple 458
15.4 Comparación de movimiento armónico simple
con movimiento circular uniforme 462
15.5 El péndulo 464
15.6 Oscilaciones amortiguadas 468
15.7 Oscilaciones forzadas 469
16 Movimiento ondulatorio 483
16.1 Propagación de una perturbación 484
16.2 Análisis de modelo: onda viajera 487
16.3 La rapidez de ondas sobre cuerdas 491
16.4 Reflexión y transmisión 494
16.5 Rapidez de transferencia de energía mediante
ondas sinusoidales sobre cuerdas 495
16.6 La ecuación de onda lineal 497
17 Ondas sonoras 507
17.1 Variaciones de presión en ondas sonoras 508
17.2 Rapidez de ondas sonoras 510
17.3 Intensidad de ondas sonoras periódicas 512
17.4 El efecto Doppler 517
18 Sobreposición y ondas estacionarias 533
18.1 Análisis de modelo: ondas en interferencia 534
18.2 Ondas estacionarias 538
18.3 Análisis de modelo: ondas bajo condiciones
de frontera 541
18.4 Resonancia 546
18.5 Ondas estacionarias en columnas de aire 546
18.6 Ondas estacionarias en barras y membranas 550
18.7 Batimientos: interferencia en el tiempo 550
18.8 Patrones de onda no sinusoidales 553
PARTE 3
Termodinámica 567
19.4 Expansión térmica de sólidos y líquidos 573
19.5 Descripción macroscópica de un gas ideal 578
20 Primera ley de la termodinámica 590
20.1 Calor y energía interna 590
20.2 Calor específico y calorimetría 593
20.3 Calor latente 597
20.4 Trabajo y calor en procesos termodinámicos 601
20.5 Primera ley de la termodinámica 603
20.6 Algunas aplicaciones de la primera ley
de la termodinámica 604
20.7 Mecanismos de transferencia de energía
en procesos térmicos 608
21 Teoría cinética de los gases 626
21.1 Modelo molecular de un gas ideal 627
21.2 Calor específico molar de un gas ideal 631
21.3 Equipartición de la energía 635
21.4 Procesos adiabáticos para un gas ideal 637
21.5 Distribución de rapideces moleculares 639
22 Máquinas térmicas, entropía y segunda ley
de la termodinámica 653
22.1 Máquinas térmicas y segunda ley
de la termodinámica 654
22.2 Bombas de calor y refrigeradores 656
22.3 Procesos reversibles e irreversibles 659
22.4 La máquina de Carnot 660
22.5 Motores de gasolina y diesel 665
22.6 Entropía 667
22.7 Cambios de entropía en sistemas termodinámicos 671
22.8 Entropía y la segunda ley 676
Apéndices
A Tablas A-1
A.1 Factores de conversión A-1
A.2 Símbolos, dimensiones y unidades de cantidades físicas A-2
B Repaso matemático A-4
B.1 Notación científica A-4
B.2 Álgebra A-5
B.3 Geometría A-10
B.4 Trigonometría A-11
B.5 Desarrollo de series A-13
B.6 Cálculo diferencial A-13
B.7 Cálculo integral A-16
B.8 Propagación de incertidumbre A-20
C Tabla periódica de los elementos A-22
D Unidades del SI A-24
D.1 Unidades del SI A-24
D.2 Algunas unidades del SI deducibles A-24
Respuestas a exámenes rápidos y problemas
con numeración impar A-25
Índice I-1

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Ingeniería Ambiental