Física, conceptos y aplicaciones

828 Pages·2012·56.71 MB·Spanish

Física,
conceptos y
aplicaciones
Séptima edición revisada

SEPTIMA EDICION REVISADA
Física,
conceptos y
aplicaciones
Séptima edición revisada
Paul E. Tippens
Profesor Emérito
Southern Polytechnic State University
Traducción
Angel Carlos González Ruiz
Universidad Nacional Autónoma de México
Revisión técnica
Ana Elizabeth García Hernández
Cinvestav-Instituto Politécnico Nacional
M e
G ra w
H ill
MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MADRID
NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO AUCKLAND • LONDRES • MILÁN
MONTREAL • NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO
Publisher: Javier Neyra Bravo
Director editorial: Ricardo Martín del Campo Mora
Editor sponsor: Luis Amador Valdez Vázquez
Física, Conceptos y aplicaciones
Séptima edición revisada
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.
¡ Educación
DERECHOS RESERVADOS © 2011 respecto a la séptima edición revisada en español por:
McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.
A Subsidiary ofThe McGraw-Hill Companies, Inc.
Corporativo Punta Santa Fe
Prolongación Paseo de la Reforma 1015 Torre A
Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe,
Delegación Alvaro Obregón
C.P 01376, México, D. F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736
ISBN : 978-607-15-0471-5
(ISBN: 970-10-6260-4 edición anterior)
Translated from the 7th edition of
PHYSICS. Copyright © MMVII by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
Previous editions © 2001, 1991. 1985, 1978, and 1973.
ISBN-13: 978-0-07-301267-X
2345678901 209876543201
Impreso en Perú. Printed in Perú
Impreso en Empresa Editora El Comercio S.A. Printed by Empresa Editora El Comercio S.A.
The McGrQW-Hill Companies
Acerca del autor
Paul E. Tippens ha escrito dos libros de texto de gran éxito para McGraw-Hill Companies,
así como el material complementario correspondiente. Su libro más reconocido, Física, con­
ceptos y aplicaciones, ganó el Premio McGuffey, prestigioso y antiguo galardón otorgado a los
libros de texto cuya excelencia se ha demostrado a lo largo de los años. Por añadidura, es autor
de Física técnica básica, segunda edición. Esos libros se han traducido al español, francés,
chino y japonés. Entre otros trabajos del autor se cuentan cuatro volúmenes de tutoriales com-
putarizados y numerosos documentos publicados en ediciones destacadas. El doctor Tippens
es miembro activo de la Text and Academic Authors Association (taa) y un firme defensor
de la tarea de brindar información, asesoría y trabajo en red para los creadores de propiedad
intelectual. Fungió durante un par de años como VP/presidente electo de la taa, asociación que
se considera como una institución muy importante para dar voz a los autores con objeto de ase­
gurar sus derechos de propiedad intelectual. Tiene un doctorado en administración educativa
por la Universidad de Aubum y una maestría en física por la Universidad de Georgia. Además,
ha terminado varios cursos breves en al menos otras cuatro universidades reconocidas. En la
actualidad, es profesor emérito de la Universidad Politécnica Estatal del Sur en Marieta, Geor­
gia, donde ha dado clases de física para bachillerato durante 30 años.
Agradecimientos
Un texto clásico como el que ahora tiene el lector en sus manos es una obra en mejora
permanente. La lectura crítica y la revisión del autor, de los editores y de profesores y estudiantes
contribuyen a mejorarlo, a enriquecerlo. Así, el libro se convierte en una suerte de medio por
el que los lectores mantienen un diálogo constante con el autor, lo que irremediablemente
desemboca en nuevas ediciones o en ediciones revisadas, como la presente.
En este sentido, el profesor Víctor Manuel Jiménez Romero, del Colegio Rossland,
merece un reconocimiento especial por la meticulosa y paciente revisión que hizo de esta
obra. Sus ideas, observaciones y sugerencias resultaron muy valiosas en el momento de editar
esta séptima edición revisada.
Asimismo, se extiende un agradecimiento a los profesores siguientes, quienes con sus
ideas y comentarios han contribuido a enriquecer el libro.
Alfonso Alfaro Peña CECyT 71PN José Luis Noriega Corella CECyT 7 IPN
Alfonso Espinosa Navarro Colegio Michelet Leonel Infante Colegio Hebreo Monte Sinaí
Ángel Peña Chaparro CECyT 7IPN y Hebreo Tarbut
Avelardo Cruz Colegio Westminster Leonel Ramírez Ramírez La Salle Benjamín
Fernando Varela CECyT 3 IPN Franklin
Francisco J. Suárez Alvarado CECyT 15 IPN Lyzzette Tiburcio Colegio Washington
Gabriel de Anda López CECyT 7 IPN Manuel Cruz Nava CECyT 7 IPN
Gabriel Ramírez Guzmán Colegio de Marco Antonio Cárdenas Ayala UVM Tlalpan
Bachilleres de Quintana Roo, plantel 2 Marcos Angulo Tamayo CECyT 7 IPN
Gamaliel Teja Gutiérrez CECyT 7 IPN Marcos F. Amaro Merino CECyT 7 IPN
Homero García Martínez ITESM campus Mariana Cárdenas Ramos Universidad de
Santa Fe Guadalajara
Hugo Ramos Ángeles CECyT 3 IPN Miguel Ángel Marcial ENP 7 UNAM
Isaac Hernández Ardieta UVM Coacalco Miguel Ángel Vázquez Ibarra UVM Lomas
Ismael Muñoz ITESM campus Hidalgo Verdes
Israel Ávila García UVM Coacalco Moisés Gustavo Martínez CECyT 7 IPN
Javier Rangel Páez Universidad de Rafael Morales Contreras CECyT 7 IPN
Guadalajara Raquel Núñez Mora CECyT 7 IPN
Jesús Homero Cruz Reyes CECyT 7 IPN Rodolfo Vega García CECyT 7 IPN
Jesús Manuel Heras Martínez CECyT 7 IPN Silvia Maffey García CECyT 2 IPN
v
Para Jared Andrew Tippens y Elizabeth Marie Tippens
Y para todo el elenco de apoyo: Sarah, Travis y Ryan Tippens
Ser bisnieto es estupendo: plenitud de alegría y sin responsabilidades
Resumen de contenido
JJjjjjl Mecánica Electricidad, magnetismo
y óptica
Capítulo 1 Introducción 1
Capítulo 2 Matemáticas técnicas 6 Capítulo 23 La fuerza eléctrica 463
Capítulo 3 Mediciones técnicas Capítulo 24 El campo eléctrico 478
y vectores 34
Capítulo 25 Potencial eléctrico 496
Capítulo 4 Equilibrio traslacional
Capítulo 26 Capacitancia 512
y fricción 68
Capítulo 27 Corriente y resistencia 532
Capítulo 5 Momento de torsión y equilibrio
Capítulo 28 Circuitos de corriente
rotacional 93
continua 548
Capítulo 6 Aceleración uniforme 111
Capítulo 29 Magnetismo y campo
Capítulo 7 Segunda ley de Newton 137
magnético 567
Capítulo 8 Trabajo, energía y potencia 157
Capítulo 30 Fuerzas y momentos de torsión
Capítulo 9 Impulso y cantidad de en un campo magnético 589
movimiento 179
Capítulo 31 Inducción electromagnética
Capítulo 10 Movimiento circular uniforme 601
196
Capítulo 32 Circuitos de corriente alterna
Capítulo 11 Rotación de cuerpos rígidos 622
220
Capítulo 33 Luz e iluminación 642
Capítulo 12 Máquinas simples 245
Capítulo 34 Reflexión y espejos 661
Capítulo 13 Elasticidad 265
Capítulo 35 Refracción 678
Capítulo 14 Movimiento armónico simple
Capítulo 36 Lentes e instrumentos
279
ópticos 696
Capítulo 15 Fluidos 301
Capítulo 37 Interferencia, difracción
y polarización 714
Termodinámica,
ondas mecánicas y Física moderna
sonido
Capítulo 38 La física moderna
y el átomo 731
Capítulo 16 Temperatura y dilatación 329
Capítulo 39 La física nuclear
Capítulo 17 Cantidad de calor 350
y el núcleo 757
Capítulo 18 Transferencia de calor 369
Capítulo 19 Propiedades térmicas de
la materia 383
Capítulo 20 Termodinámica 403
Capítulo 21 Movimiento ondulatorio 426
Capítulo 22 Sonido 441
vii
Prefacio xiii Capítulo 5 Momento de torsión y
equilibrio rotacional 93
5.1 Condiciones de equilibrio 94
5.2 El brazo de palanca 95
Capítulo 1 Introducción 1
5.3 Momento de torsión 96
1.1 ¿Qué es la física? 2
5.4 Momento de torsión resultante 99
1.2 ¿Qué importancia tienen las matemáticas? 3
5.5 Equilibrio 100
1.3 ¿Cómo estudiar física? 3
5.6 Centro de gravedad 72
Capítulo 2 Matemáticas técnicas 6
2.1 Números con signo 7 Capítulo 6 Aceleración uniforme 111
2.2 Repaso de álgebra 10 6.1 Rapidez y velocidad 112
2.3 Exponentes y radicales (optativo) 12 6.2 Aceleración 113
2.4 Solución a ecuaciones cuadráticas 15 6.3 Movimiento uniformemente
2.5 Notación científica 16 acelerado 114
2.6 Gráficas 18 6.4 Otras relaciones útiles 116
2.7 Geometría 19 6.5 Resolución de problemas de
aceleración 117
2.8 Trigonometría del triángulo
rectángulo 22 6.6 Convención de signos en problemas de
aceleración 119
Capítulo 3 Mediciones técnicas y 6.7 Gravedad y cuerpos en caída libre 121
vectores 34 6.8 Movimiento de proyectiles 126
3.1 Cantidades físicas 35 6.9 Proyección horizontal 126
3.2 El Sistema Internacional 36 6.10 El problema general de las
trayectorias 129
3.3 Medición de longitud y tiempo 12
3.4 Cifras significativas 39
Capítulo 7 Segunda ley de Newton 137
3.5 Instrumentos de medición 41
3.6 Conversión de unidades 42 7.1 Segunda ley de Newton sobre el
movimiento 138
3.7 Cantidades vectoriales y escalares 45
7.2 Relación entre peso y masa 140
3.8 Suma o adición de vectores por métodos
gráficos 47 7.3 Aplicación de la segunda ley de Newton
a problemas de un solo cuerpo 143
3.9 Fuerza y vectores 49
7.4 Técnicas para resolver problemas 145
3.10 La fuerza resultante 51
7.5 Resolución de problemas de
3.11 Trigonometría y vectores 52
aceleración 117
3.12 El método de las componentes para la
7.6 Convención de signos en problemas de
suma o adición de vectores 55
aceleración 119
3.13 Notación de vectores unitarios
7.7 Gravedad y cuerpos en caída libre 121
(opcional) 16
7.8 Movimiento de proyectiles 126
3.14 Resta o sustracción de vectores 61
7.9 Proyección horizontal 126
Capítulo 4 Equilibrio traslacional y 7.10 El problema general de las
fricción 68 trayectorias 129
4.1 Primera ley de Newton 69
4.2 Segunda ley de Newton 69 Capítulo 8 Trabajo, energía y
4.3 Tercera ley de Newton 70 potencia 157
4.4 Equilibrio 71 8.1 Trabajo 158
4.5 Diagramas de cuerpo libre 72 8.2 Trabajo resultante 159
4.6 Solución de problemas de equilibrio 75 8.3 Energía 161
4.7 Fricción 79 8.4 Trabajo y energía cinética 162
viii