CONTENIDOVolumen 1
MECÁNICA
1 UNIDADES, CANTIDADESFÍSICAS YVECTORES
1.1 La naturaleza de la fisica
1.2 Cómo resolver problemas en fisica1.3 Estándares y unidades1.4 Consistencia y conversiones de unidades1.5 Incertidumbre y cifTassignificativas1.6 Estimaciones y órdenes de magnitud1.7 Vectores y suma de vectores1.8 Componentes de vectores1.9 Vectores unitarios1.10 Productos de vectores
Resumen/Términos clave
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas
2 MOVIMIENTOEN LÍNEARECTA
2.1 Desplazamiento, tiempo y velocidad media 412.2 Velocidad instantánea 442.3 Aceleración media e instantánea 472.4 Movimiento con aceleración constante 522.5 Cuerpos en caída libre 58
*2.6 Velocidad y posición por integración 62Resumen/Términos clave 66
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 68
3 MOVIMIENTO EN DOSO TRES DIMENSIONES
3.1 Vectores de posición y velocidad3.2 El vector de aceleración
3.3 Movimiento de proyectiles3.4 Movimiento en un círculo
xvi
1
2358
1013141823243133
40
78
79828798
"¡'
3.5 Velocidad relativa 101Resumen/Términos clave 107Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 109
4 LEYESDEL MOVIMIENTODE NEWTON 119
4.1 Fuerza e interacciones 1204.2 Primera ley de Newton 1244.3 Segunda ley de Newton 1284.4 Masa y peso 1354.5 Tercera ley de Newton 1384.6 Diagramas de cuerpo libre 143
Resumen/Términos clave 145
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 147
5 APLICACIÓN DE LASLEYESDE NEWTON 153
5.1 Empleo de la primera ley de Newton:partículas en equilibrio
5.2 Empleo de la segunda ley de Newton:dinámica de partículas 161
5.3 Fuerzas de fricción 1715.4 Dinámica del movimiento circular 181
*5.5 Fuerzas fundamentales de la Naturaleza 188Resumen/Términos clave 190
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 192
154
6 TRABAJO Y ENERGÍACINÉTICA 207
6.1 Trabajo 2086.2 Trabajo y energía cinética 2136.3 Trabajo y energía con fuerzas variables 2206.4 Potencia 227
Resumen/Términos clave 230Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 232
---
7 ENERGÍA POTENCIALY CONSERVACIÓNDE LA ENERGÍA 241
7.1 Energía potencial gravitacional 2427.2 Energía potencial elástica 2537.3 Fuerzas conservativas y no conservativas 2607.4 Fuerza y energía potencial 2657.5 Diagramas de energía 268
Resumen/Términos clave 271
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 273
8 CANTIDAD DE MOVIMIENTO,IMPULSO Y CHOQUES 282
8.1 Cantidad de movimiento e impulso8.2 Conservación de la cantidad
de movimiento 289
8.3 Choques inelásticos 2958.4 Choques elásticos 3008.5 Centro de masa 306
*8.6 Propulsión a reacción 311Resumen/Términos clave 314
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 316
283
9 ROTACIÓN DE CUERPOSRÍG IDOS 327
9.1 Velocidad y aceleración angulares9.2 Rotación con aceleración
angular constante9.3 Relación entre cinemática
lineal y angular 3359.4 Energía en el movimiento rotacional 3399.5 Teorema de los ejes paralelos 345
*9.6 Cálculos de momento de inercia 347Resumen/Términos clave 350
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 352
328
333
.'-
10 DINÁMICA DELMOVIMIE~TOROTACIONAL 361
10.1 Momento de torsión
10.2 Momento de torsión y aceleraciónangular de un cuerpo rígido
362
365
CONTENIDO xvii
10.3 Rotación de un cuerpo rígidosobre un eje móvil
10.4 Trabajo y potencia en movimientorotacional
10.5 Cantidad de movimiento angular10.6 Conservación de la cantidad
de movimiento angular 38210.7 Giróscopos y precesión 386
Resumen/Términos clave 390
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 392
370
377379
11 EQUILIBRIOy ELASTICIDAD 404
11.1 Condiciones del equilibrio11.2 Centro de gravedad11.3 Resolución de problemas de equilibrio
de cuerpos rígidos11.4 Esfuerzo, tensión y módulos
de elasticidad 414
11.5 Elasticidad y plasticidad 420Resumen/Términos clave 422
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 424
405406
409
12 GRAVITACIÓN 436
12.1 Ley de la gravitación de Newton12.2 Peso
12.3 Energía potencial gravitacional12.4 Movimiento de satélites
12.5 Las leyes de Kepler y el movimientode los planetas 452
*12.6 Distribuciones esféricas de masa 456
*12.7 Peso aparente y rotación terrestre 45912.8 Agujeros negros 461
Resumen/Términos clave 465
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 467
437441444447
13 MOVIMIENTOPERIÓDICO 476
13.1 Descripción de la oscilación13.2 Movimiento armónico simple13.3 Energía en el movimiento
armónico simple13.4 Aplicaciones del movimiento
armónico simple
477478
486
490
xviii CONTENIDO
13.5 El péndulo simple 49513.6 El péndulo físico 49613.7 Oscilaciones amortiguadas 49913.8 Oscilaciones forzadas y resonancia 502
Resumen/Términos clave 504
Preguntas para análisis/EjercicioslProblemas 506
14 MECÁNICA DE FLUIDOS 515
14.1 Densidad 51514.2 Presión en un fluido 51714.3 Flotación 523
14.4 Flujo de fluidos 52614.5 Ecuación de Bernoulli 528
*14.6 Viscosidad y turbulencia 533Resumen/Términos clave 536
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 538
ONDAS/ACÚSTICA
lS ONDAS MECÁNICAS 547
15.1 Tipos de ondas mecánicas15.2 Ondas periódicas15.3 Descripción matemática de una onda15.4 Rapidez de una onda transversal15.5 Energía del movimiento ondulatorio15.6 Interferencia de ondas, condiciones
de frontera y superposición 56715.7 Ondas estacionarias en una cuerda 57015.8 Modos normales de una cuerda 575
Resumen/Términosclave 580Preguntaspara análisis/Ejercicios/Problemas 582
548549552559564
16 SONIDOYELOÍDO 591
16.1 Ondas sonoras16.2 Rapidez de las ondas sonoras16.3 Intensidad del sonido16.4 Ondas sonoras estacionarias
y modos normales16.5 Resonancia16.6 Interferencia de ondas
L'<aCion"
592597602
608614616619
16.8 El efecto Doppler 621*16.9 Ondas de choque 627
Resumen/Términosclave 631Preguntaspara análisis/Ejercicios/Problemas 633
TERMODINÁMICA
17 TEMPERATURA Y CALOR 640
17.1 Temperatura y equilibrio térmico 64117.2 Termómetros y escalas de temperatura 64217.3 Termómetros de gas y la escala Kelvin 64417.4 Expansión térmica 64617.5 Cantidad de calor 652
17.6 Calorimetría y cambios de fase 65717.7 Mecanismos de transferencia de calor 663
Resumen/Términos clave 671
Preguntas para análisislEjercicios/Problemas 673
18 PROPIEDADES TÉRMICASDE LAMATERIA 684
18.1 Ecuaciones de estado 685
18.2 Propiedades moleculares de la materia 69218.3 Modelo cinético-molecular del gas ideal 69418.4 Capacidades caloríficas 702
*18.5 Rapideces moleculares 70618.6 Fases de la materia 708
Resumen/Términos clave 712
Preguntas para análisislEjercicioslProblemas 714
19 LA PRIMERA LEYDE LATERMODINÁMICA 723
19.1 Sistemas termodinámicos 72319.2 Trabajo realizado al cambiar el volumen 72519.3 Trayectorias entre estados termodinámicos 72819.4 Energía interna y la primera
ley de la termodinámica 72919.5 Tipos de procesos termodinámicos 73519.6 Energía interna del gas ideal 73719.7 Capacidad calorífica del gas ideal 73819.8 Procesos adiabáticos para el gas ideal 741
Resumen/Términosclave 745Preguntas para análisis/EjercicioslProblemas 747
20 LASEGUNDALEYDE LATERMODINÁMICA 754
20.1 Dirección de los procesos termodinámicos 75520.2 Máquinas de calor 75620.3 Motores de combustión interna 75920.4 Refrigeradores 76120.5 La segunda ley de la termodinámica 76420.6 El ciclo de Carnot 76620.7 Entropía 773
*20.8 Interpretación microscópica de la entropía 779Resumen/Términos clave 783Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 785
Volumen 2
ELECTROMAGNETISMO
21 CARGA ELÉCTRICAy CAMPO ELÉCTRICO 792
21.1 Carga eléctrica21.2 Conductores, aisladores y cargas
nucleares 79721.3 Ley de Coulomb 80021.4 Campo eléctrico y fuerzas eléctricas 80521.5 Cálculos de campos eléctricos 81121.6 Líneas de campo eléctrico 81821.7 Dipolos eléctricos 820
Resumen/Términos clave 825Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 827
793
22 LEYDE GAUSS 836
22.1 Carga y flujo eléctrico 83722.2 Cálculo del flujo eléctrico 84022.3 Ley Gauss 84422.4 Aplicaciones de la ley de Gauss 84822.5 Cargas en conductores 855
ResumewTérminos clave 860
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 862
I
CONTENIDO xix
23 POTENCIAL ELÉCTRICO 869
23.1 Energía potencial eléctrica 87023.2 Potencial eléctrico 878
23.3 Cálculo del potencial eléctrico 88523.4 Superficies equipotenciales 89023.5 Gradiente de potencial 893
Resumen/Términos clave 896
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 898
24 CAPACITANCIAY DIELÉCTRICOS 908
24.1 Capacitores y capacitancia24.2 Capacitores en serie y en paralelo24.3 Almacenamiento de energía en capacitores
y energía de campo eléctrico 91824.4 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 934
909914
2S CORRIENTE, RESISTENCIA YFUERZA ELECTROMOTRIZ 942
25.1 Corriente eléctrica 94325.2 Resistividad 94725.3 Resistancia 950
25.4 Fuerza electromotriz y circuitos 95525.5 Energía y potencia en circuitos eléctricos 962
*25.6 Teoría de la conducción metálica 966Resumen/Términos clave 970
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 972
26 CIRCUITOS DE CORRIENTECONTINUA 980
26.1 Resistores en serie y en paralelo 98126.2 Reglas de Kirchhoff 98626.3 Instrumentos de medición eléctrica 99226.4 Circuitos R-C 997
26.5 Sistemas de distribución de energía 1002Resumen/Términos clave 1007
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1009
xx CONTENIDO
27 CAMPO MAGNÉTICOY FUERZASMAGNÉTICAS 1019
10201022
27.1 Magnetismo27.2 Campo magnético27.3 Lineas de campo magnético y flujo
magnético27.4 Movimiento de particulas con carga
en un campo magnético27.5 Aplicaciones del movimiento
de partículas con carga27.6 Fuerza magnética sobre un conductor
que transporta corriente27.7 Fuerza y momento de torsión en una
espira de corriente 1039*27.8 El motor de corriente continua 104627.9 Efecto Hall 1048
Resumen/Términos clave 1051
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1053
1025
1029
1033
1036
28 FUENTES DE CAMPOMAGNÉTICO 1064
28.1 Campo magnético de una cargaen movimiento
28.2 Campo magnético de un elementode corriente
28.3 Campo magnético de un conductorrecto que transporta corriente
28.4 Fuerza entre conductores paralelos28.5 Campo magnético de una espira
circular de corriente 1076
28.6 LeydeAmpere 107928.7 Aplicaciones de la ley de Ampere 1082
*28.8 Materiales magnéticos 1086Resumen/Términos clave 1093
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1095
1065
1068
10711074
29 INDUCCIÓNELECTROMAGNÉTICA 1105
110611081118112011231126
29.1 Experimentos de inducción29.2 Ley de Faraday29.3 Ley de Lenz29.4 Fuerza electromotriz de movimiento
29.5 Campos eléctricos inducidos*29.6 Corrientes parásitas
29.7 Corriente de desplazamientoy ecuaciones de Maxwell 1128
*29.8 Superconductividad 1133Resumen/Términos clave 1135
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1137
"
30 IND U CTAN CIA 1147
30.1 Inductanciamutua 114830.2 Autoinductancia e inductores 1151
30.3 Energía de campo magnético 115630.4 El circuito R-L 115930.5 El circuito L-C 116430.6 El circuito L-R-C en serie 1168
Resumen/Términos clave 1171
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1173
31 CORRIENTE ALTERNA 1181
31.1 Fasores y corriente alterna31.2 Resistencia y reactancia31.3 El circuito L-R-C en serie31.4 Potencia en circuitos de corriente alterna31.5 Resonancia en circuitos de corriente
alterna 119831.6 Transformadores 1201
Resumen/Términos clave 1205
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1207
1182118411901195
32 ONDASELECTROMAG NÉTI CAS 1214
32.1 Ecuaciones de Maxwell y ondaselectromagnéticas
32.2 Ondas electromagnéticas planasy rapidez de la luz
32.3 Ondas electromagnéticas sinusoidales32.4 Energia y cantidad de movimiento
de las ondas electromagnéticas 122832.5 Ondas electromagnéticas estacionarias 123432.6 El espectro electromagnético 1238
Resumen/Términos clave 1240
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1242
1215
12171223
Ó PTI CA
33 NATURALEZAYPROPAGACIÓN DE LALUZ 1247
33.1 Naturaleza de la luz 1248
33.2 Reflexión y refracción 125033.3 Reflexión interna total 1256
*33.4 Dispersión 125933.5 Polarización 1262
*33.6 Dispersión luminosa 127033.7 Principio de Huygens 1271
Resumen/Términos clave 1275
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1277
34 ÓPTICA GEOMÉTRICAE INSTRUMENTOSÓPTICOS 1285
34.1 Reflexión y refracción en unasuperficie plana 1286
34.2 Reflexión en una superficie esférica 128934.3 Refracción en una superficie esférica 129934.4 Lentes delgadas 130434.5 Cámaras fotográficas 131334.6 El ojo 131734.7 La lente de aumento 1321
34.8 Microscopios y telescopios 1322Resumen/Términos clave 1327
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1329
35 INTERFERENCIA 1338
35.1 Interferencia y fuentes coherentes 133935.2 Interferencia de luz de dos fuentes 134235.3 Intensidad en los patrones de interferencia 134635.4 Interferencia en películas finas 135035.5 Interferómetro de Michelson 1356
ResumenlTérminos clave 1359
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1361
.,~
36 DIFRACCIÓN 1367
136813691373137713791383
36.1 Difracción de Fresnel y d~ Fraunhofer36.2 Difracción desde una sola ranura
36.3 Intensidad en el patrón de una sola ranura36.4 Ranuras múltiples36.5 Rejilla de difracción36.6 Difracción de rayos X
~
CONTENIDO XXI
36.7 Aberturas circulares y poder resolutivo 1386*36.8 Holografía 1390
Resumen/Términos clave 1393
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1395
FÍSICA MODERNA
37 RELATIVIDAD 1403
14041407140914141419
37.1 Invariabilidad de las leyes fisicas37.2 Relativídad de la simultaneidad
37.3 Relatividad de los intervalos de tiempo37.4 Relatividad de la longitud37.5 Transformación de Lorentz
*37.6 Efecto Doppler de ondaselectromagnéticas 1423
37.7 Cantidad de movimiento re1ativista 1426
37.8 Trabajo y energia relativistas 142937.9 Mecánica newtoniana y relatividad 1433
Resumen/Términos clave 1435
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1437
38 FOTONES, ELECTRONESy ÁTOMOS 1445
14461447
38.1 Emisión y absorción de la luz38.2 El efecto fotoeléctrico
38.3 Espectros atómicos de líneas y niveles deenergía 1453
38.4 El átomo nuclear 145838.5 El modelo de Bohr 146138.6 El láser 1467
38.7 Producción y dispersión de rayos X 147038.8 Espectros continuos 147438.9 Dualidad onda-partícula 1478
Resumen/Términos clave 1480
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1482
39 LANATURALEZA ONDULATORIADE LASPARTÍCULAS 1489
1490149314951501
39.1 Ondas de De Broglie39.2 Difracción de electrones39.3 Probabilidad e incertidumbre
39.4 El microscopio electrónico39.5 Funciones de onda y la ecuación
de Schr6dinger 1503Resumen/Términos clave 1511
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1513
40 MECÁNICACUÁNTICA 1519
40.1 Partícula en una caja 152040.2 Pozos de potencial 152540.3 Barreras de potencial y tunelamiento 153040.4 El oscilador annónico 153240.5 Problemas tridimensionales 1538
Resumen/Ténninos clave 1540
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1542
41 ESTRUCTURA ATÓMICA 1548
41.1 El átomo de hidrógeno41.2 El efecto Zeeman
41.3 Spin del electrón41.4 Átomos con muchos electrones
y el principio de exclusión 156641.5 Espectros de rayos X 1573
Resumen/Términos clave 1577
Preguntas para análisislEjercicios/Problemas 1579
154915571561
42 MOLÉCULAS Y MATERIACONDENSADA 1584
42.1 Clases de enlaces moleculares 1584
42.2 Espectros moleculares 158742.3 Estructura de los sólidos 1593
42.4 Bandas de energía 159742.5 Modelo de electrones libres para los metales 159942.6 Semiconductores 1604
42.7 Dispositivos con semiconductores 160842.8 Superconductividad 1613
Resumen/Términos clave 1615
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1617
43 FÍSICA NUCLEAR 1623
43.1 Propiedades de los núcleos43.2 Enlace nuclear y estructura nuclear
16231629
43.3 Estabilidad nuclear y radiactividad 163543.4 Actividades y vidas medias 164243.5 Efectos biológicos de la radiación 164643.6 Reacciones nucleares 164943.7 Fisión nuclear 165243.8 Fusión nuclear 1657
ResumenlTénninos clave 1660
Preguntas para análisis/Ejercicios/Problemas 1662
44 FÍSICA DE PARTÍCULASy COSMOLOGÍA 1668
44.1 Las partículas fundamentales y su historia 166944.2 Aceleradores y detectores de partículas 167444.3 Partículas e interacciones 1680
44.4 Los quarks y las ocho maneras 168744.5 El modelo estándar y más allá 169144.6 El Universo en expansión 169344.7 El principio del tiempo 1700
Resumen/Términos clave 1709
Preguntas para análisis/EjercicioslProblemas 1711
APÉNDICES
A Sistema internacional de unidadesB Relaciones matemáticas útiles
C El alfabeto griegoD Tabla periódica de los elementosE Factores de conversión de unidadesF Constantes numéricas
AlA3A4A5A6A7
Respuestas a los problemas imparesCréditos fotográficosÍndice
A9A23A27
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