Física 2: principios con aplicaciones PDF
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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 e-mail:[email protected] Editor de desarrollo:Felipe Hernández Carrasco Supervisor de producción:José D. Hernández Garduño Editor-in-Chief,Science: John Challice Director of Creative Services: Paul Belfanti Senior Acquisitions Editor: Erik Fahlgren Advertising and Promotions Manager: Elise Schneider Senior Development Editor: Karen Karlin Creative Director: Carole Anson Vice President of Production and Manufacturing: David Riccardi Art Director: Maureen Eide Executive Managing Editor: Kathleen Schiaparelli Illustration: Artworks Senior Production Editor: Susan Fisher Marketing Manager: Mark Pfaltzgraff Production Editor: Chirag Thakkar Editor-in-Chief of Development: Carol Trueheart Manufacturing Manager: Trudy Pisciotti Director,Image Research Center: Melinda Reo Manufacturing Buyer: Alan Fischer Photo Research: Mary Teresa Giancoli and Jerry Marshall Managing Editor,Audio and Visual Assets: Patricia Burns Manager,Rights and Permissions: Cynthia Vincenti AV Project Managers: Adam Velthaus and Connie Long Copy Editor: Jocelyn Phillips Assistant Managing Editor,Science Media: Nicole Bush Indexer: Steele/Katigbak Associate Editor: Christian Botting Editorial Assistant: Andrew Sobel Media Editor: Michael J. Richards Composition: Emilcomp srl / Prepare Inc. SEXTA EDICIÓN,2009 D.R. ©2009 por Pearson Educación de México,S.A. de C.V. Atlacomulco núm. 500 – 5°piso Col. Industrial Atoto 53519,Naucalpan de Juárez,Edo. de México Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031 Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México,S.A. de C.V. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse,registrarse o transmitirse,por un sistema de recuperación de información,en ninguna forma ni por ningún medio,sea electrónico,mecánico,fotoquímico,magnético o electroóptico,por fotocopia,grabación o cualquier otro,sin permiso previo por escrito del editor. 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 12 11 10 09
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