Física 2: principios con aplicaciones

528 Pages·2009·34.652 MB·Spanish

by  Douglas C. Giancoli, Sebastián Torres Gutiérrez, Hernando Julio Garrido Insignares, José Vicente Contreras Julio, Tufik Zambrano, Agustín Vázquez Sánchez, Alberto Lima Sánchez, Víctor Campos Olguín

Constantes fundamentales
Cantidad Símbolo Valor aproximado Mejor valor actual†
Rapidez de la luz en el vacío c 3.00 * 108 m(cid:1)s 2.99792458 * 108 m(cid:1)s
Constante gravitacional G 6.67 * 10–11 N(cid:1)m2(cid:1)kg2 6.6742(10) * 10–11 N(cid:1)m2(cid:1)kg2
Número de Avogadro NA 6.02 * 1023 mol–1 6.0221415(10) * 1023 mol–1
Constante de gas R 8.314 J(cid:1)mol(cid:1)K = 1.99 cal(cid:1)mol(cid:1)K 8.314472(15) J(cid:1)mol(cid:1)K
= 0.0821 L(cid:1)atm(cid:1)mol(cid:1)K
Constante de Boltzmann k 1.38 * 10–23 J(cid:1)K 1.3806505(24) * 10–23 J(cid:1)K
Carga del electrón e 1.60 * 10–19 C 1.60217653(14) * 10–19 C
Constante Stefan-Boltzmann s 5.67 * 10–8 W(cid:1)m2(cid:1)K4 5.670400(40) * 10–8 W(cid:1)m2(cid:1)K4
Permitividad del espacio libre (cid:2)0 = A1(cid:1)c2m0B 8.85 * 10–12 C2(cid:1)N(cid:1)m2 8.854187817p * 10–12 C2(cid:1)N(cid:1)m2
Permeabilidad del espacio libre m0 4p * 10–7 T(cid:1)m(cid:1)A 1.2566370614p * 10–6 T(cid:1)m(cid:1)A
Constante de Planck h 6.63 * 10–34 J(cid:1)s 6.6260693(11) * 10–34 J(cid:1)s
Masa en reposo del electrón me 9.11 * 10–31 kg = 0.000549 u 9.1093826(16) * 10–31 kg
= 0.511 MeV(cid:1)c2 = 5.4857990945(24) * 10–4 u
Masa en reposo del protón mp 1.6726 * 10–27 kg = 1.00728 u 1.67262171(29) * 10–27 kg
= 938.3 MeV(cid:1)c2 = 1.00727646688(13) u
Masa en reposo del neutrón mn 1.6749 * 10–27 kg = 1.008665 u 1.67492728(29) * 10–27 kg
= 939.6 MeV(cid:1)c2 = 1.00866491560(55) u
Unidad de masa atómica 1.6605 * 10–27 kg = 931.5 MeV(cid:1)c2 1.66053886(28) * 10–27 kg
= 931.494043(80) MeV(cid:1)c2
†CODATA(12(cid:1)03),Peter J.Mohr y Barry N.Taylor,National Institute of Standards and Technology.Los números entre paréntesis indican incertidumbres
experimentales de una desviación estándar en los dígitos finales.Los valores sin paréntesis son exactos (es decir,son cantidades definidas).
Otros datos útiles El alfabeto griego
Equivalente en joule (1 cal) 4.186J Alfa (cid:11) a Nu (cid:19) n
Cero absoluto(0K) –273.15°C Beta (cid:10) b Xi (cid:18) j
Aceleración de la gravedad en Gamma (cid:9) g Omicron (cid:17) o
la superficie de la Tierra (prom.) 9.80 m(cid:1)s2 (= g) Delta ¢ d Pi ß p
Rapidez del sonido en el aire 343m(cid:1)s Epsilon (cid:8) e Rho (cid:16) r
Densidad del aire (seco) 1.29 kg(cid:1)m3 Zeta (cid:7) z Sigma © s
Tierra: Masa 5.98 * 1024 kg Eta (cid:6) h Tau (cid:15) t
Radio (medio) 6.38 * 103 km Theta ™ u Upsilon (cid:14) y
Luna: Masa 7.35 * 1022 kg Iota (cid:5) i Phi £ f, w
Radio (medio) 1.74 * 103 km Kappa (cid:4) k Chi (cid:13) x
Sol: Masa 1.99 * 1030 kg Lambda ¶ l Psi ° c
Radio (medio) 6.96 * 105 km Mu (cid:3) m Omega (cid:12) v
Distancia Tierra-Sol (media) 149.6 * 106 km
Distancia Tierra-Luna (media) 384 * 103 km
Valores de algunos números
p = 3.1415927 12 = 1.4142136 ln 2 = 0.6931472 log10 e = 0.4342945
e = 2.7182818 13 = 1.7320508 ln 10 = 2.3025851 1 rad = 57.2957795°
Signos y símbolos matemáticos Propiedades del agua
r es proporcional a (cid:21) es menor que o igual a Densidad(4°C) 1.000 kg(cid:1)m3
= es igual a (cid:20) es mayor que o igual a Calor de fusión(0°C) 333 kJ(cid:1)kg
L es aproximadamente igual a g suma de (80 kcal(cid:1)kg)
Z no es igual a x valor promedio de x Calor de vaporización 2260 kJ(cid:1)kg
7 es mayor que ¢x cambio en x (100°C) (539 kcal(cid:1)kg)
W es mucho mayor que ¢x S 0 ¢xtiende a cero Calor específico(15°C)4186 J(cid:1)kg(cid:1)C°
6 es menor que n! n(n - 1)(n - 2)p(1) (1.00 kcal(cid:1)kg(cid:1)C°)
V es mucho menor que Índice de refracción 1.33
Fórmulas geométricas útiles. Áreas, volúmenes Exponentes [Véase apéndice A-2 para detalles]
an am = an+m [Ejemplo: a3 a2 = a5]
Circunferencia de círculo C = pd = 2pr A BA B A BA B
d an bn = (ab)n [Ejemplo: a3 b3 = (ab)3]
Área de círculo A = pr2 = pd2 r C AAanBBmA =B anm Ejemplo: AAa3BBA2 =Ba6
4 cEjemplo: Aa14B4 = a d
l
1 1
Área de rectángulo A = lw w a–1 = a a–n = an a0 = 1

a12 = 1a a14 = 21a
Área de paralelogramo A = bh h h an a–m = an = an-m [Ej.: a5 a–2 = a3]
A BA B am A BA B
b
an a n
=
bn abb
Área de triángulo A = 1 hb h h
2
b b
Triángulo rectángulo c Fórmula cuadrática [apéndice A-4]
(Pitágoras) c2 = a2 + b2 a
La ecuación con incógnita xen la forma
b
ax2 + bx + c = 0,
Esfera: área superficial A = 4pr2 r tiene soluciones
volumen V = 4 pr3 –b P 3b2 - 4ac
3 x = .
2a
Sólido rectangular:
volumen V = lwh h
w l
Logaritmos [apéndice A-8; tabla p. A-11]
Cilindro (recto):
l
área superficial A = 2prl + 2pr2 r Siy = 10x , entonce s x = log10 y = log y.
volumen V = pr2l Siy = ex, entonces x = loge y = ln y.
Cono circular recto: log (ab) = log a + log b
área superficial A = pr2 + pr 3r2 + h2 h log a = log a - log b
volumen V = 1 pr2h r abb
3
log an = n log a
Expansión binomial [apéndice A-5] Fracciones
(1 + x)n = 1 + nx + n(n - 1) x2 + n(n - 1)(n - 2) x3 + p [para x2 6 1] a = c es lo mismo que ad = bc
2(cid:1)1 3(cid:1)2(cid:1)1 b d
L 1 + nx si x V 1 a
[Ejemplo:(1 + 0.01)3 L 1.03] abb ad
=
[Ejemplo: 101.99 = 11 -1 0.01 = (1 - 0.01)– 12 L 1 - A– 12B(0.01) L 1.005] adcb bc
Fórmulas trigonométricas [apéndice A-7]
hip (hipotenusa) op (opuesto) c soesn u u==ahodipyp scseeonns( ((991008°°0°---uu))u)===sceosnes nuu uf (cid:2)0 6 u 6 90c°o(cid:3)s (180° - u) = –cos u
θ hip
sen 12 u = 3(1 - cos u)(cid:1)2 cos 12 u = 3(1 + cos u)(cid:1)2
ady (adyacente) op
tan u = sen u L u [para pequeñosu f 0.2 rad]
ady
u2
ady2 + op2 = hip2 (Teorema de Pitágoras) cos u L 1 - 2 [para pequeñosu f 0.2 rad]
tan u = sceons uu sceons ( (AA PP BB)) == csoens AA ccooss BB7 P sceons AA sseenn BB
sen2 u + cos2 u = 1 Para cualquier triángulo: c β a
sen 2u = 2 sen u cos u c2 = a2 + b2 - 2ab cos g (ley de cosenos) α γ
cos 2u = (cos2 u - sen2 u) = (1 - 2 sen2 u) = (2 cos2 u - 1) sen a = sen b = sen g (ley de senos) b
a b c
Conversiones de unidades (equivalentes)
Longitud Tiempo
1 in = 2.54 cm 1 día = 8.64 * 104 s
1 cm = 0.3937 in 1 año = 3.156 * 107 s
1 ft = 30.48 cm
Masa
1 m = 39.37 in = 3.281 ft
1 mi = 5280 ft = 1.609 km 1unidad de masa atómica(u) = 1.6605 * 10–27 kg
1 km = 0.6214 mi 1 kg = 0.0685 slug
1milla náutica (EUA) = 1.151 mi = 6076 ft = 1.852 km [1kg tiene un peso de 2.20 lb dondeg = 9.80 m(cid:1)s2.]
1 fermi = 1 femtómetro (fm) = 10–15 m
1angstrom (Å) = 10–10 m = 0.1 nm Fuerza
1año luz (al) = 9.461 * 1015 m 1 lb = 4.45 N
1 parsec = 3.26 al = 3.09 * 1016 m
1 N = 105 dina = 0.225 lb
Volumen
Energía y trabajo
1 litro (L) = 1000 mL = 1000 cm3 = 1.0 * 10–3 m3 =
1.057 (qt EUA) (cid:1)61.02 in3 1 J = 107 ergs = 0.738 ft(cid:2)lb
1 galón (EUA) (cid:1)4 qt (EUA) (cid:1)231 in3(cid:1)3.785 L 1 ft(cid:2)lb = 1.36 J = 1.29 * 10–3 Btu = 3.24 * 10–4 kcal
0.8327 galón (inglés) 1 kcal = 4.186 * 103 J = 3.97 Btu
1 cuarto (qt,EUA) (cid:1)2 pintas (EUA) (cid:1)946 mL 1 eV = 1.602 * 10–19 J
1 pinta (inglesa) (cid:1)1.20 pintas (EUA) (cid:1)568 mL 1 kWh = 3.60 * 106 J = 860 kcal
1 m3 = 35.31 ft3
Potencia
Rapidez
1 W = 1 J(cid:1)s = 0.738 ft(cid:2)lb(cid:1)s = 3.42 Btu(cid:1)h
1 mi(cid:1)h = 1.467 ft(cid:1)s = 1.609 km(cid:1)h = 0.447 m(cid:1)s
1 hp = 550 ft(cid:2)lb(cid:1)s = 746 W
1 km(cid:1)h = 0.278 m(cid:1)s = 0.621 mi(cid:1)h
1 ft(cid:1)s = 0.305 m(cid:1)s = 0.682 mi(cid:1)h Presión
1 m(cid:1)s = 3.281 ft(cid:1)s = 3.600 km(cid:1)h = 2.237 mi(cid:1)h
1 nudo = 1.151 mi(cid:1)h = 0.5144 m(cid:1)s 1 atm = 1.013 bar = 1.013 * 105 N(cid:1)m2
= 14.7 lb(cid:1)in2 = 760 torr
Ángulo
1 lb(cid:1)in2 = 6.90 * 103 N(cid:1)m2
1 radián (rad) = 57.30° = 57°18¿
1 Pa = 1 N(cid:1)m2 = 1.45 * 10–4 lb(cid:1)in2
1° = 0.01745 rad
1 rev(cid:1)min (rpm) = 0.1047 rad(cid:1)s
Multiplicadores métricos (SI)
Prefijo Abreviatura Valor
Unidades SIderivadas y sus abreviaturas
yotta Y 1024
En términos de
zeta Z 1021
Cantidad Unidad Abreviatura unidades base†
exa E 1018
Fuerza newton N kg(cid:2)m(cid:1)s2 peta P 1015
Energía y trabajo joule J kg(cid:2)m2(cid:1)s2 tera T 1012
Potencia watt W kg(cid:2)m2(cid:1)s3 giga G 109
Presión pascal Pa kg(cid:1) m(cid:2)s2 mega M 106
A B
Frecuencia hertz Hz s–1 kilo k 103
Carga eléctrica coulomb C A(cid:2)s hecto h 102
Potencial eléctrico volt V kg(cid:2)m2(cid:1) A(cid:2)s3 deka da 101
A B
Resistencia eléctrica ohm (cid:3) kg(cid:2)m2(cid:1) A2(cid:2)s3 deci d 10–1
A B
Capacitancia farad F A2(cid:2)s4(cid:1) kg(cid:2)m2 centi c 10–2
A B
Campo magnético tesla T kg(cid:1) A(cid:2)s2 mili m 10–3
A B
Flujo magnético weber Wb kg(cid:2)m2(cid:1) A(cid:2)s2 micro m 10–6
A B
Inductancia henry H kg(cid:2)m2(cid:1) s2(cid:2)A2 nano n 10–9
A B
†kg (cid:1)kilogramo (masa),m (cid:1)metro (longitud),s (cid:1)segundo (tiempo),A (cid:1)ampere (corriente pico p 10–12
eléctrica). femto f 10–15
atto a 10–18
zepto z 10–21
yocto y 10–24

FÍSICA 2
PRINCIPIOS APLICACIONES
CON

FÍSICA 2
PRINCIPIOS APLICACIONES
CON
SEXTA EDICIÓN
DOUGLAS C. GIANCOLI
TRADUCCIÓN:
Víctor Campos Olguín
Traductor profesional
REVISIÓN TÉCNICA:
Agustín Vázquez Sánchez José Vicente Contreras Julio
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores Profesor de Física y Matemáticas
de Monterrey Sección Bachillerato
Campus Estado de México Gimnasio Británico
Bogotá,Colombia
Alberto Lima Sánchez
Profesor de Física Sebastián Torres Gutiérrez
Preparatoria-Universidad La Salle Profesor de Física
Colegio Jordán de Sajonia
Tufik Zambrano Bogotá,Colombia
Profesor de Física
Gimnasio la Fontana Hernando Julio Garrido Insignares
Bogotá,Colombia Profesor de Física
Instituto Técnico Central
Bogotá,Colombia
Datos de catalogación bibliográfica
GIANCOLI, C. DOUGLAS
FÍSICA 2. Principios con aplicaciones. Sexta edición
PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009
ISBN: 978-970-26-1578-1
Área: Universitarios
Formato: 21 × 27 cm Páginas: 528
Authorized translation from the English language edition,entitled Physics:principles with applications6thed.,by Douglas C. Giancoli,published
by Pearson Education,Inc.,publishing as PRENTICE HALL,INC.,Copyright ©2005. All rights reserved.
ISBN 0-13-060620-0
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés,titulada Physics:principles with applications 6a. ed.,de Douglas C. Giancoli,publicada
por Pearson Education,Inc.,publicada como PRENTICE HALL,INC.,Copyright ©2005. Todos los derechos reservados.
Esta edición en español es la única autorizada.
Edición en español
Editor:Enrique Quintanar Duarte
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El préstamo,alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.
ISBN 10:970-26-1578-X
ISBN 13:978-970-26-1578-1
Impreso en México. Printed in Mexico.
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