FÍSICA para ciencias e ingeniería
- 705 páginas Ilustraciones, Tablas y Gráficas 27 cm x 21 cm
Incluye Referencias Bibliográficas
parte 1
Mecánica 1
Física y medición 2 1
Movimiento en una dimensión 23 2
Vectores 58 3
4 Movimiento en dos dimensiones 76
5 Las leyes del movimiento 110
6 Movimiento circular y otras aplicaciones de las leyes de Newton
7 Trabajo y energía cinética 182
8 Energía potencial y conservación de la energía
214
9 Momento lineal y choques 251
10 Rotación de un objeto rígido alrededor de un eje fijo
292
11 Movimiento de rodamiento y momentum angular
327
12 Equilibrio estático y elasticidad 361
13 Movimiento oscilatorio 389
14 Ley de la gravedad
423
15 Mecánica de fluidos 458
parte 2
Ondas mecánicas 489
16 Movimiento ondulatorio 490
17 Ondas sonoras 519
18 Superposición y ondas estacionarias
545
parte 3
Termodinámica
579
19 Temperatura
580
20 Calor y la primera ley de la termodinámica
602
21 La teoría cinética de los gases 640
22 Máquinas térmicas, entropia y la segunda ley de la termodinámica
Apéndices A.1
Respuestas a problemas de número impar
A.41
Indice 1.1
parte 1 Mecánica 1
1 Física y medición 2
1.1 Patrones de longitud, masa y tiempo 3
1.2 Los bloques constitutivos de la materia 8
1.3 Densidad 9
1.4 Análisis dimensional 10
1.5 Conversión de unidades 12
1.6 Estimaciones y cálculos del orden de magnitud 13
1.7 Cifras significativas 15
Movimiento en una dimensión 23 2
2.1 Desplazamiento, velocidad y rapidez 24
2.2 Velocidad y rapidez instantáneas 27
2.3 Aceleración 30
2.4 Diagramas de movimiento 34
2.5 Movimiento unidimensional con aceleración constante 35
2.6 Objetos que caen libremente 39
2.7 (Opcional) Ecuaciones cinemáticas derivadas del cálculo 43
Etapas ROAA para resolver problemas 47
3 Vectores 58
3.1 Sistemas de coordenadas 59
3.2 Cantidades vectoriales y escalares 60
3.3 Algunas propiedades de los vectores 61
3.4 Componentes de un vector y vectores unitarios 64
4 Movimiento en dos dimensiones 76
4.1 Los vectores desplazamiento, velocidad y aceleración
77
4.2 Movimiento bidimensional con aceleración constante 79
4.3 Movimiento de proyectiles 82
4.4 Movimiento circular uniforme 91
4.5 Aceleraciones tangencial y radial
92
4.6 Velocidad y aceleración relativas
95
5 Las leyes del movimiento
110
5.1 El concepto de fuerza 111
5.2 Primera ley de Newton y marcos inerciales 114
5.3 Masa 116
5.4 Segunda ley de Newton 116
5.5 La fuerza de gravedad y el peso 119
5.6 Tercera ley de Newton 120
5.7 Algunas aplicaciones de las leyes de Newton
123
5.8 Fuerzas de fricción 131
6 Movimiento circular y otras aplicaciones de las leyes de Newton
151
6.1 Segunda ley de Newton aplicada al movimiento circular uniforme 152
6.2 Movimiento circular no uniforme 158
6.3 (Opcional) Movimiento en marcos de referencia acelerados
160
6.4 (Opcional) Movimiento en presencia de fuerzas resistivas
163
6.5 (Opcional) Modelado numérico en dinámicas de partículas 169
7 Trabajo y energía cinética
182
7.1 Trabajo realizado por una fuerza constante
183
186 7.2 El producto escalar de dos vectores
7.3 Trabajo realizado por una fuerza variable
188
7.4 Energía cinética y el teorema del trabajo y la energía cinética 194
7.5 Potencia 199
7.6 (Opcional) La energía y el automóvil
201
7.7 (Opcional) Energía cinética con alta rapidez
204
8 Energía potencial y conservación de la energía 214
8.1 Energía potencial 215
8.2 Fuerzas conservativas y no conservativas
218
8.3 Fuerzas conservativas y energía potencial 219
8.4 Conservación de la energía mecánica
220
8.5 Trabajo realizado por fuerzas no conservativas
224
8.6 Relación entre fuerzas conservativas y energía potencial 231
8.7 (Opcional) Diagramas de energía y el equilibrio de un sistema 232
8.8 Conservación de la energía en general
235
8.9 (Opcional) Equivalencia masa-energía
236
8.10 (Opcional) Cuantización de energía
237
9 Momento lineal y choques
251
9.1 Momentum lineal y su conservación 252
9.2 Impulso y momentum 255
9.3 Colisiones 259
9.4 Colisiones elásticas e inelásticas en una dimensión
260
9.5 Colisiones bidimensionales
266
9.6 El centro de masa 269
9.7 Movimiento de un sistema de partículas
273
9.8 (Opcional) Propulsión de cohetes
277
10 Rotación de un objeto rígido alrededor de un eje fijo 292
10.1 Desplazamiento, velocidad y aceleración angulares 293
10.2 Cinemática rotacional: movimiento rotacional con aceleración angular constante 296
10.3 Cantidades angulares y lineales 297
10.4 Energía rotacional 299
10.5 Cálculo de momentos de inercia 301
10.6 Momento de torsión 306
10.7 Relación entre momento de torsión y aceleración angular 307
10.8 Trabajo, potencia y energía en el movimiento rotacional
312
11 Movimiento de rodamiento y momentum angular 327
11.1 Movimiento de rodamiento de un cuerpo rígido 328
11.2 Producto vectorial y momento de torsión 332
11.3 Momentum angular de una partícula 3.34
11.4 Momentum angular de un objeto rígido en rotación 337
11.5 Conservación del momentum angular 340
11.6 (Opcional) Movimiento de giroscopios y trompos
345
11.7 (Opcional) Momentum angular como una cantidad fundamental 347
12 Equilibrio estático y elasticidad 361
12.1 Condiciones para el equilibrio 362
12.2 Más acerca del centro de gravedad 364
12.3 Ejemplos de objetos rígidos en equilibrio estático 365
12.4 Propiedades elásticas de los sólidos 372
13 Movimiento oscilatorio 389
13.1 Movimiento armónico simple 390
13.2 Nueva visita al sistema bloque-resorte 395
13.3 Energía del oscilador armónico simple 398
13.4 El péndulo 402
13.5 Comparación del movimiento armónico simple con el movimiento circular uniforme 406
13.6 (Opcional) Oscilaciones amortiguadas 408
13.7 (Opcional) Oscilaciones forzadas 410
14 Ley de la gravedad 423
14.1 Ley de gravitación universal de Newton 424
14.2 Medida de la constante gravitacional 426
14.3 Aceleración en caída libre y fuerza gravitacional 427
14.4 Leyes de Kepler 429
14.5 La ley de gravedad y el movimiento de los planetas 430
14.6 El campo gravitacional 435
14.7 Energía potencial gravitacional 436
14.8 Consideraciones de energía en el movimiento planetario y de satélites 439
14.9 (Opcional) La fuerza gravitacional entre un objeto extendido y una partícula 443
14.10 (Opcional) La fuerza gravitacional entre una partícula y una masa esférica 444
15 Mecánica de fluidos 458
15.1 Presión 459
15.2 Variación de la presión con la profundidad
461
15.3 Medidas de presión 464
15.4 Fuerzas de flotación y el principio de Arquímedes
465
15.5 Dinámica de fluidos 469
15.6 Líneas de corriente y la ecuación de continuidad 470
15.7 Ecuación de Bernoulli 471
15.8 (Opcional) Otras aplicaciones de la ecuación de Bernoulli 474
parte 2
Ondas mecánicas
489
16 Movimiento ondulatorio
490
16.1 Variables básicas del movimiento ondulatorio 492
16.2 Dirección del desplazamiento de las partículas
492
16.3 Ondas viajeras unidimensionales 495
16.4 Superposición e interferencia 497
16.5
La rapidez de ondas en las cuerdas
499
16.6 Reflexión y transmisión 502
16.7 Ondas senoidales 503
16.8
Rapidez de transferencia de energía por ondas senoidales en cuerdas 507
16.9 (Opcional) Ecuación lineal de onda 509
17
Ondas sonoras
519
520 17.1 Rapidez de las ondas sonoras
17.2 Ondas sonoras periódicas 522
17.3
Intensidad de las ondas sonoras periódicas
525
17.4
Ondas planas y esféricas 528
17.5 El efecto Doppler 530
18 Superposición y ondas estacionarias
545
18.1 Superposición e interferencia de ondas senoidales
18.2
Ondas estacionarias 550
546
18.3 Ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos 553
18.4
Resonancia 557
18.5 Ondas estacionarias en columnas de aire 559
18.6 (Opcional) Ondas estacionarias en barras y placas
563
18.7 Pulsaciones: Interferencia en el tiempo
564
18.8
(Opcional) Patrones de onda senoidales
566
parte 3
Termodinámica
579
19 Temperatura
580
19.1 Temperatura y la ley cero de la termodinámica
581
19.2 Termómetros y la escala Celsius de temperatura 582
19.3
El termómetro de gas a volumen constante y la escala absoluta de temperatura 583
19.4 Expansión térmica de sólidos y líquidos 586
19.5 Descripción macroscópica de un gas ideal 591
20
Calor y la primera ley de la termodinámica 602
20.1 Calor y energía interna 603
20.2 Capacidad calorifica y calor específico
20.3
Calor latente 610
606
20.4
Trabajo y calor en procesos termodinámicos 614
20.5 La primera ley de la termodinámica 617
20.6 Algunas aplicaciones de la primera ley de la termodinámica 619
20.7 Mecanismos de transferencia de energia 623
21 La teoría cinética de los gases 640
21.1 Modeio molecular de un gas ideal 641
21.2 Calor específico molar de un gas ideal 645
21.3 Procesos adiabáticos para un gas ideal 649
21.4 La equipartición de la energía 651
21.5 La ley de distribución de Boltzmann
653
21.6 Distribución de rapidez molecular 657
21.7 (Opcional) Trayectoria libre media 659
22 Máquinas térmicas, entropía y la segunda ley de la termodinámica 669
22.1 Máquinas térmicas y la segunda ley de la termodinámica 670
29.2
Procesos reversibles e irreversibles
674
29.5 La máquina de Carnot 675
22.4 Motores de gasolina y diesel 679
29.5 Bombas de calor y refrigeradores 684
22.6 Entropia 685
29.7
Cambios de entropía en procesos irreversibles 689
22.8 (Opcional) Entropía a escala microscópica 693
Apéndice A Tablas A.1
Tabla Al
Factores de conversión Al
Tabla A2
A4 Simbolos, dimensiones y unidades de cantidades físicas
Tabla AS
Tabla de masas atómicas A
A I escribir esta quinta edición de Fisica para cientificos e ingenieros hemos hecho un esfuerzo mayor para mejorar la claridad de la presentación e incluir nue vas características pedagógicas que apoyen los procesos de enseñanza-apren-dizaje. Con base en la retroalimentación positiva de los usuarios de la cuarta edición y en las sugerencias de los revisores se realizaron refinamientos para cubrir de me-jor manera las necesidades de los estudiantes y profesores. También se perfeccionó el paquete de complementos, el cual ahora incluye un CD-ROM que contiene tuto-riales para el estudiante y software interactivo para la resolución de problemas, asi como apovo en Internet.
El texto está pensado como un curso introductorio de fisica para estudiantes de ciencias o ingeniería. El contenido completo del texto puede cubrirse en un curso de tres semestres, aunque es posible utilizar el material en un tiempo más corto omi-tiendo algunos capítulos y secciones seleccionadas. Sería conveniente que los funda-mentos matemáticos de quienes tomen este curso incluyan un semestre de cálculo. Si eso no fuera factible, el estudiante debería inscribirse en un curso simultáneo de introducción al cálculo.
OBJETIVOS
Este libro introductorio a la fisica tiene dos objetivos principales: proporcionar al es tudiante una presentación clara y lógica de los conceptos y principios básicos de la fisica, y reforzar la comprensión de los conceptos y principios por medio de una ga-ma amplia de interesantes aplicaciones en el mundo real. Con este fin, se pone ma-yor atención en los argumentos físicos más importantes y en la metodologia para la resolución de problemas. Al mismo tiempo, se ha intentado motivar al lector con ejemplos prácticos que muestren el papel de la fisica en disciplinas como la ingenie-ría, la química y la medicina.
CAMBIOS EN LA QUINTA EDICIÓN
Se hicieron numerosos cambios y mejoras al preparar la quinta edición de este tex-to. Algunas de las nuevas características están basadas en nuestras experiencias y en las tendencias actuales de la educación científica. Otros cambios se incorporaron co-mo respuesta a los comentarios y las sugerencias ofrecidos por los usuarios de la cuarta edición, así como por los revisores del manuscrito. La lista siguiente describe los principales cambios en la quinta edición:
Mejoras en las ilustraciones
Los eventos con secuencia en el tiempo se representan con letras encerradas en círculos en las ilustraciones de mecánica seleccionadas. Por ejemplo, la figura 2.1b (véase la página 25) muestra tales letras en los lugares apropiados sobre una gráfica posición-tiempo. Esta construcción ayuda al estudiante a "traducir" el movi miento observado en su representación gráfica.