Física conceptual

816 Pages·2016·30.948 MB·Spanish

by  Paul G. Hewitt, Guillermo Alberto Govea Anaya, Elías Loyola Campos, Víctor Campos Olguín, Sandra Lila Castillo Flores

CONCEPTUAL
Decimosegunda edición
CONCEPTUAL

CONCEPTUAL
Decimosegunda edición
escrito e ilustrado por
Paul G. Hewitt
City College of San Francisco
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VVííccttoorr CCaammppooss OOllgguuíínn
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Datos de catalogación
Autor: Paul G. Hewitt
Física conceptual
12ª edición
Pearson Educación de México, S.A. de C.V., México, 2016
ISBN: 978-607-32-3822-9
Área: Bachillerato / Ciencias
Formato: 21 x 27 cm Páginas: 816
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés, titulada CONCEPTUAL PHYSICS, por PAUL G. HEWITT, publicada por Pearson Education, Inc.,
y otras afiliaciones. Copyright © 2015. Todos los derechos reservados.
Authorized translation from the U. S. English language edition, entitled CONCEPTUAL PHYSICS, by PAUL G. HEWITT, Copyright © 2015. Published
by Pearson Education Inc., or its affiliates. Used by permission. All Rights Reserved.
ISBN 13: 978-0-321-90910-7
Esta edición en español es la única autorizada para ser publicada por Pearson Educación de México S.A. de C.V. Copyright © 2016. Pearson
Education, Inc., y otras afiliaciones.
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FÍSICA CONCEPTUAL
Decimosegunda edición en español
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DECIMOSEGUNDA EDICIÓN, 2016
D.R. © 2016 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Avenida Antonio Dovalí Jaime Núm. 70
Torre B, Piso 6, Colonia Zedec Ed. Plaza Santa Fe,
Delegación Álvaro Obregón, Ciudad de México, CP 01210.
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. Núm. 1031
ISBN LIBRO IMPRESO: 978-607-32-3822-9
ISBN E-BOOK: 978-607-32-3818-2
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, foto-
químico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
Para mis nietos, Manuel, Marie, Kara, Alexander, Megan, Grace, y Emily
y para todos los estudiantes que luchan por aprender física.
Contenido breve
Para el estudiante xvi PARTE CINCO
Electricidad y magnetismo 405
Para el instructor xvii
22 Electrostática 406
23 Corriente eléctrica 430
1 Acerca de la ciencia 2
24 Magnetismo 452
25 Inducción electromagnética 469
PARTE UNO
Mecánica 19
PARTE SEIS
Luz 485
2 Primera ley de Newton
de movimiento: inercia 20 26 Propiedades de la luz 486
3 Movimiento lineal 39 27 Color 504
4 Segunda ley de Newton de movimiento 57 28 Reflexión y refracción 519
5 Tercera ley de Newton de movimiento 74 29 Ondas de luz 544
6 Cantidad de movimiento 90 30 Emisión de luz 562
7 Energía 109 31 Cuantos de luz 582
8 Movimiento rotacional 132
9 Gravedad 160 PARTE SIETE
Físicas atómica y nuclear 601
10 Movimiento de proyectiles y satélites 182
32 El átomo y el cuanto 602
PARTE DOS
Propiedades de la materia 207 33 El núcleo atómico y la radiactividad 615
34 Fisión y fusión nucleares 637
11 La naturaleza atómica de la materia 208
12 Sólidos 226 PARTE OCHO
Relatividad 657
13 Líquidos 244
14 Gases 264
35 Teoría de la relatividad especial 658
36 Teoría de la relatividad general 686
PARTE TRES
Calor 283
APÉNDICE A Sobre la medición
15 Temperatura, calor y expansión 284 y la conversión de unidades 703
16 Transferencia de calor 302 APÉNDICE B Más sobre el movimiento 709
17 Cambio de fase 320 APÉNDICE C Elaboración de gráficas 713
18 Termodinámica 336 APÉNDICE D Aplicaciones de los vectores 716
APÉNDICE E Crecimiento exponencial
PARTE CUATRO
y tiempo de duplicación 719
Sonido 355
RESPUESTAS A PROBLEMAS
19 Vibraciones y ondas 356
CON NÚMERO IMPAR S-1
20 Sonido 374
GLOSARIO G-1
21 Sonidos musicales 391
CRÉDITOS C-1
ÍNDICE I-1
vi
Contenido
Álbum fotográfico de Física conceptual xiv PRACTICANDO LA FÍSICA 31
Para el estudiante xvi 2.6 Fuerza de sostén 32
Para el instructor xvii 2.7 Equilibrio de cosas en movimiento 32
Agradecimientos xxi 2.8 La Tierra en movimiento 33
1 Acerca de la ciencia 2 3 Movimiento lineal 39
1.1 Mediciones científicas 3
3.1 El movimiento es relativo 40
Cómo Eratóstenes midió el tamaño de la Tierra 3
3.2 Rapidez 41
Tamaño de la Luna 4
Rapidez instantánea 41
Distancia a la Luna 5
Rapidez promedio 41
Distancia al Sol 6
3.3 Velocidad 42
Tamaño del Sol 7
Velocidad constante 43
Matemáticas: el lenguaje de la ciencia 8
Velocidad variable 43
1.2 Métodos científicos 8
3.4 Aceleración 43
La actitud científica 8
Aceleración sobre los planos inclinados
1.3 Ciencia, arte y religión 12 de Galileo 45
PSEUDOCIENCIA 13 3.5 Caída libre 46
1.4 Ciencia y tecnología 14 Qué tan rápido 46
VALORACIÓN DEL RIESGO 14 Qué tan lejos 48
1.5 Física: la ciencia básica 15 TIEMPO “DE VUELO” 50
1.6 En perspectiva 16 Qué tan rápido cambia el “qué tan rápido” 50
3.6 Vectores de velocidad 51
PARTE UNO
Mecánica 19 4 Segunda ley de Newton
de movimiento 57
2 Primera ley de Newton
4.1 La fuerza causa aceleración 58
de movimiento: inercia 20
4.2 Fricción 59
2.1 Aristóteles en movimiento 21 4.3 Masa y peso 61
Copérnico y la Tierra en movimiento 22 La masa resiste la aceleración 63
ARISTÓTELES (384-322 a. C.) 23 4.4 Segunda ley de Newton de movimiento 63
2.2 Los experimentos de Galileo 23 4.5 Cuando la aceleración es g: caída libre 64
La torre inclinada 23 4.6 Cuando la aceleración es menor que
Planos inclinados 23 g: caída no libre 65
GALILEO GALILEI (1564-1642) 24 5 Tercera ley de Newton
2.3 Primera ley de Newton de movimiento 26
de movimiento 74
ENSAYO PERSONAL 27
2.4 Fuerza neta y vectores 28 5.1 Fuerzas e interacciones 75
Vectores de fuerza 29 5.2 Tercera ley de Newton de movimiento 76
2.5 La regla del equilibrio 30 Define tu sistema 77
vii
viii CONTENIDO
5.3 Acción y reacción sobre masas 8.5 Fuerza centrípeta 145
diferentes 79 PRACTICANDO LA FÍSICA: BALANCEO
PRACTICANDO LA FÍSICA: GUERRA DE CUBETA CON AGUA 146
DE JALAR LA SOGA 81 8.6 Fuerza centrífuga 147
5.4 Vectores y la tercera ley 82 Fuerza centrífuga en un marco de
5.5 Resumen de las tres leyes de Newton 85 referencia en rotación 147
Gravedad simulada 148
6 Cantidad de movimiento 90
8.7 Cantidad de movimiento angular 150
6.1 Cantidad de movimiento 91 8.8 Conservación de la cantidad
6.2 Impulso 92 de movimiento angular 151
6.3 El impulso cambia la cantidad
9 Gravedad 160
de movimiento 93
Caso 1: Aumento de la cantidad de movimiento 93 9.1 La ley de gravitación universal 161
Caso 2: Disminución de la cantidad de 9.2 La constante de gravitación
movimiento durante un tiempo prolongado 94 universal, G 163
Caso 3: Disminución de la cantidad 9.3 Gravedad y distancia: la ley
de movimiento durante un tiempo breve 94 del inverso al cuadrado 164
6.4 Rebote 96 9.4 Peso e ingravidez 166
6.5 Conservación de la cantidad 9.5 Mareas oceánicas 167
de movimiento 97
Mareas en la tierra y la atmósfera 170
LEYES DE CONSERVACIÓN 98 Abultamientos de marea en la Luna 170
6.6 Colisiones 99 9.6 Campos gravitacionales 170
6.7 Colisiones más complicadas 102 Campo gravitacional en el interior de un planeta 171
7 Energía 109 Teoría de gravitación de Einstein 173
9.7 Agujeros negros 174
7.1 Trabajo 110 9.8 Gravitación universal 175
Potencia 112
10 Movimiento de proyectiles
Energía mecánica 113
7.2 Energía potencial 113 y satélites 182
7.3 Energía cinética 114
10.1 Movimiento de proyectiles 183
7.4 Teorema trabajo-energía 115
Proyectiles lanzados horizontalmente 184
7.5 Conservación de la energía 117
Proyectiles lanzados en un ángulo 186
ENERGÍA Y TECNOLOGÍA 118
PRACTICANDO LA FÍSICA: CUENTAS
FÍSICA EN EL CIRCO 119 COLGANTES PRÁCTICAS 187
Energía reciclada 119
NUEVA VISITA AL “TIEMPO
7.6 Máquinas 120 DE VUELO” 190
7.7 Eficiencia 121 10.2 Proyectiles con movimiento rápido:
7.8 Fuentes de energía 123 satélites 190
CIENCIA BASURA 125 10.3 Órbitas satelitales circulares 192
10.4 Órbitas elípticas 194
8 Movimiento rotacional 132
MONITORIZACIÓN MUNDIAL
8.1 Movimiento circular 133 VÍA SATÉLITE 195
RUEDAS EN LOS FERROCARRILES 135 10.5 Leyes de movimiento planetario
8.2 Inercia rotacional 136 de Kepler 196
8.3 Momento de torsión 139 CÓMO ENCONTRAR TU CAMINO 197
8.4 Centro de masa y centro de gravedad 140 10.6 Conservación de energía
Ubicación del centro de gravedad 142 y movimiento de satélites 197
Estabilidad 143 10.7 Rapidez de escape 198
CONTENIDO ix
PARTE DOS 14 Gases 264
Propiedades de la materia 207
14.1 La atmósfera 265
14.2 Presión atmosférica 266
11 La naturaleza atómica
El barómetro 268
de la materia 208
14.3 Ley de Boyle 270
14.4 Flotabilidad del aire 271
11.1 La hipótesis atómica 209
14.5 El principio de Bernoulli 272
LA CAÍDA DE ALICIA 210
Aplicaciones del principio de Bernoulli 274
11.2 Características de los átomos 210
PRACTICANDO LA FÍSICA 275
11.3 Imágenes atómicas 212
14.6 Plasma 276
11.4 Estructura atómica 213
Plasma en el mundo cotidiano 276
Los elementos 214
Electricidad plasmática 277
11.5 La tabla periódica de los elementos 215
Tamaños relativos de los átomos 215 PARTE TR ES
11.6 Isótopos 218 Calor 283
11.7 Compuestos y mezclas 219
11.8 Moléculas 220
15 Temperatura, calor
11.9 Antimateria 221
y expansión 284
Materia oscura 222
15.1 Temperatura 285
12 Sólidos 226
15.2 Calor 287
12.1 Estructura cristalina 227 Medición del calor 289
EL PODER DE LOS CRISTALES 229 15.3 Capacidad calorífica específica 289
12.2 Densidad 229 15.4 La alta capacidad calorífica específica
12.3 Elasticidad 230 del agua 290
12.4 Tensión y compresión 232 15.5 Expansión térmica 291
PRACTICANDO LA FÍSICA: Expansión del agua 293
FUERZA DE LAS VARAS 233 VIDA EN LOS EXTREMOS 295
12.5 Arcos 234
16 Transferencia de calor 302
FABRICACIÓN ADITIVA
O IMPRESIÓN 3-D 235 16.1 Conducción 303
12.6 Escalamiento 236 16.2 Convección 304
13 Líquidos 244 PRACTICANDO LA FÍSICA 307
16.3 Radiación 307
13.1 Presión 245 Emisión de energía radiante 308
13.2 Presión de un líquido 246 Absorción de energía radiante 309
13.3 Flotabilidad 249 Reflexión de energía radiante 310
13.4 Principio de Arquímedes 250 Enfriamiento en la noche mediante radiación 310
13.5 ¿Qué hace que un objeto se hunda 16.4 Ley de Newton de enfriamiento 311
o flote? 251 16.5 El efecto invernadero 312
13.6 Flotación 253 16.6 Cambio climático 313
MONTAÑAS FLOTANTES 254 16.7 Energía solar 314
13.7 Principio de Pascal 255 PRACTICANDO LA FÍSICA 315
13.8 Tensión superficial 257 16.8 Cómo controlar la transferencia
13.9 Capilaridad 258 de calor 315