Lições de Física de Feynman - A Edição Definitiva - 4 Volumes

2011·3.8 MB·portuguese

by  Feynman

DICAS DE FÍSICA
F435d Feynman, Richard P.
Dicas de física de Feynman [recurso eletrônico] : suplemento
para a resolução de problemas do Lectures on Physics / Richard
P. Feynman, Michael A. Gottlieb, Ralph Leighton ; tradução
José Eduardo Padilha de Sousa. – Dados eletrônicos. – Porto
Alegre : Bookman, 2008.
Editado também como livro impresso em 2008.
ISBN 978-85-7780-324-8
1. Física. I. Gottlieb, Michael A. II. Leighton, Ralph. III.
Título.
CDU 53
Catalogação na publicação: Mônica Ballejo Canto – CRB 10/1023.
Richard P. Feynman
Michael A. Gottlieb
Ralph Leighton
DICAS DE FÍSICA
SUPLEMENTO PARA A RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DO LECTURES ON PHYSICS
A origem da série, por Matthew Sands
Exercícios e respostas por
Robert B. Leighton e Rochus E. Vogt
Tradução:
José Eduardo Padilha de Sousa
Mestre em Física pela Universidade de São Paulo
Consultoria, supervisão e revisão técnica desta edição:
Adalberto Fazzio
Doutor em Física pela Universidade de São Paulo
Professor Titular da Universidade de São Paulo
Membro da Academia Brasileira de Ciências
Versão impressa
desta obra: 2008
2008
Obra originalmente publicada sob o título
The Feynman Lectures on Physics: The Defi nitive and Extended Edition, 2nd Edition
ISBN 0-8053-9045-6
Authorized translation from the English language edition, entitled THE FEYNMAN LECTURES ON
PHYSICS, THE DEFINITIVE AND EXTENDED EDITION, 2nd Edition by FEYNMAN, RICHARD
P.; LEIGHTON, ROBERT B.; SANDS, MATTHEW, published by Pearson Education, Inc., publishing as
Benjamin Cummings, Copyright © 2006. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or
transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by
any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.
Portuguese language edition published by Bookman Companhia Editora Ltda., a Division of Artmed Editora
S.A., Copyright © 2008
Tradução autorizada a partir do original em língua inglesa da obra intitulada THE FEYNMAN LECTURES
ON PHYSICS, THE DEFINITIVE AND EXTENDED EDITION, 2ª EDIÇÃO de autoria de FEYNMAN,
RICHARD P.; LEIGHTON, ROBERT B.; SANDS, MATTHEW; publicado por Pearson Education, Inc., sob
o selo de Benjamin Cummings, Copyright © 2006. Todos os direitos reservados. Este livro não poderá ser
reproduzido nem em parte nem na íntegra, nem ter partes ou sua íntegra armazenado em qualquer meio, seja
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A edição em língua portuguesa desta obra é publicada por Bookman Companhia Editora Ltda., uma divisão da
Artmed Editora S.A., Copyright © 2008
Capa: Gustavo Demarchi, arte sobre capa original
Preparação de original: Mônica Zardo
Supervisão editorial: Arysinha Jacques Affonso e Denise Weber Nowaczyk
Editoração eletrônica: Techbooks
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IMPRESSO NO BRASIL
PRINTED IN BRAZIL
Agradecimentos
Gostaríamos de expressar nossos sinceros agradecimentos a todos que fi zeram esse livro
possível, especialmente:
Thomas Tombrello, presidente da divisão de Física, Matemática e Astronomia, por apro-
var esse projeto nos interesses do Caltech, e Carl e Michele Feynman, fi lhos de Richard
Feynman, pela permissão de publicar as lições de seu pai neste livro;
Matthew Sands, por sua sabedoria, conhecimento, comentários construtivos e sugestões;
Michael Hartl, por sua revisão minuciosa do manuscrito e por seu zelo com a errata nos
Lições de Física de Feynman;
Rochus E. Vogt, por seus problemas engenhosos e respostas nos Exercícios de Física
Introdutória, e por sua permissão do uso deles neste volume;
John Neer, pelos arquivos documentando as aulas de Feynman na Corporação de Avia-
ção de Hughes, e por compartilhar tais notas conosco;
Helen Tuck, secretária do Feynman por muitos anos, pelo seu estímulo e apoio;
Adam Black, Editor Chefe para Ciências Físicas na Addison-Wesley, pelo seu entusias-
mo e perseverança em editar este livro para a publicação, e
Kip Thorne, pela sua simpatia e pelo incansável trabalho assegurando a confi ança e o
apoio de todos os envolvidos, e por supervisionar nosso trabalho.
Prefácio
Em um solitário posto de observação no alto da fronteira do Himalaia, Ramaswamy
Balasubramanian observava através de seu binóculo os soldados da Libertação Popular
Armada (People’s Liberation Army – PLA) aquartelados no Tibet, que por sua vez tam-
bém o estavam observando através de seus telescópios. A tensão entre a Índia e a China
era grande desde 1962, quando os dois países lutaram pela fronteira. Os soldados da
PLA, sabendo que eram observados, insultaram Balasubramanian e seus companheiros,
os soldados indianos, agitando desafi adoramente no ar os seus pequenos livros de bolso,
cópias vermelho-luminosas do Quotations from Chairman Mao – mais conhecido no
ocidente como Pequeno Livro Vermelho de Mao.
Balasubramanian, um recruta estudante de física nas horas vagas, cansou de tais in-
sultos. Assim, um dia, ele voltou ao seu posto de observação preparado para revidar de
forma conveniente. Logo que os soldados da PLA começaram novamente a balançar no
ar o Pequeno Livro Vermelho de Mao, ele e outros dois soldados indianos tomaram em
suas mãos e seguraram bem no alto os três volumes grandes e vermelhos The Feynman
Lectures on Physics.
Um dia, recebi uma carta do senhor Balasubramanian. Ela foi uma dentre as milhares
de cartas que recebi ao longo dos anos, descrevendo o impacto que Richard Feynman
havia causado na vida das pessoas. Depois de narrar o incidente dos “livros vermelhos”
na fronteira Sino-Índia, ele escreveu: “Agora, vinte anos depois, aqueles livros vermelhos
ainda são lidos?”.
De fato, hoje, mais de quarenta anos depois de sua publicação, The Feynman Lectures
on Physics ainda são lidos – e ainda inspiram as pessoas – mesmo no Tibet, eu suspeito.
Alguns anos atrás eu conheci Michael Gottlieb em uma festa onde o anfi trião estava
apresentando em uma tela de computador as implicações harmônicas de um tenor – tipo
de evento que torna a vida em São Francisco muito mais divertida.
Gottlieb estudou matemática e era muito interessado em física. Sugeri então que ele
lesse The Feynman Lectures on Physics – e quase um ano depois, ele dedicou seis meses
viii PREFÁCIO
da sua vida para ler os livros com muito cuidado, do início ao fi m. Como Gottlieb descre-
ve na sua introdução, isso acabou levando ao livro que você está lendo agora, e a um novo,
a Edição Defi nitiva dos Lições de Física de Feynman.
Portanto, fi co feliz em saber que as pessoas interessadas em física em todo o mun-
do podem agora estudar, com a adição desse volume suplementar, em uma edição mais
correta e completa do Lições de Física de Feynman – um trabalho monumental que irá
continuar informando e inspirando estudantes por muitas décadas, quer seja nos subúrbios
de Manhattan ou nos altos Himalaias.
Ralph Leighton
11 de maio de 2005
Sumário
Introdução 13
As Origens de Lições de Física de Feynman
POR MATTHEW SANDS 17
1
Pré-requisitos
REVISÃO LIÇÃO A
1.1 Introdução à revisão das lições 29
1.2 A verdade sobre o Caltech 30
1.3 Matemática para físicos 32
1.4 Diferenciação 33
1.5 Integração 36
1.6 Vetores 37
1.7 Diferenciando vetores 43
1.8 Integrais de linha 45
1.9 Um exemplo simples 47
1.10 Triangulação 52
2
Leis e Intuições
REVISÃO LIÇÃO B
2.1 As leis da física 55
2.2 A aproximação não relativística 57
2.2 Movimento com forças 58
2.4 Forças e seus potenciais 61
2.5 Aprendendo física com exemplos 63
2.6 Entendendo a física fi sicamente 64
2.7 Um problema no projeto de uma máquina 67
2.8 Velocidade de escape da Terra 78
10 SUMÁRIO
Soluções alternativas 81
A Encontrando a aceleração do peso usando geometria 81
B Encontrando a aceleração do peso usando trigonometria 82
C Encontrando a força no peso, usando torque e momento
angular 83
3
Problemas e Soluções
REVISÃO LIÇÃO C
3.1 Movimento de um satélite 85
3.2 Descoberta do núcleo atômico 90
3.3 A equação fundamental dos foguetes 94
3.4 Uma integração numérica 96
3.5 Foguetes químicos 98
3.6 Foguetes de propulsão iônica 99
3.7 Foguetes de propulsão fotônica 102
3.8 Defl etor eletrostático de um feixe de próton 102
3.9 Determinando a massa do méson pi 105
4
Efeitos Dinâmicos e suas Aplicações
REVISÃO LIÇÃO D
4.1 Um giroscópio de demonstração 110
4.2 O giroscópio direcional 111
4.3 O horizonte artifi cial 112
4.4 Giroscópio estabilizador de navios 113
4.5 O girocompasso 114
4.6 Melhorias na construção e no design de giroscópios 118
4.7 Acelerômetros 125
4.8 Um sistema de navegação completo 129
4.9 Efeitos da rotação da Terra 133
4.10 O disco girante 136
4.11 Nutação da Terra 139
4.12 Momento angular na astronomia 139
4.13 Momento angular em mecânica quântica 141
4.14 Depois da lição 142