Física Para Cientistas E Engenheiros - Volume 2: Oscilações, Ondas E Termodinâmica

287 Pages·2017·34.77 MB·Portuguese

by  John Jewett

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Física
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para cientistas e engenheiros i
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OBRAS
oscilações, ondas
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e termodinâmica ea Vibrações mecânicas:
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ga teoria e aplicações
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John W. Jewett, Jr. • Raymond A. Serway ni S. Graham Kelly
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Tradução da 9a edição norte-americana s Termodinâmica para
o
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sa
engenheiros
s
Este livro tem dois objetivos principais: fornecer ao estudante uma apresentação clara e
Kenneth A. Kroos
lógica dos conceitos e princípios básicos da Física e fortalecer a compreensão de conceitos
e Merle C. Potter
e princípios por meio de uma vasta gama de aplicações interessantes no mundo real.
Para atingir esses objetivos, os autores enfatizam argumentos físicos e metodologia de reso- Tradução da 9a edição norte-americana
Física para cientistas
lução de problemas. Ao mesmo tempo, tentam motivar o estudante por meio de exemplos
e engenheiros
práticos que demonstram o papel da Física em outras disciplinas, entre elas, engenharia,
Volume 1: Mecânica
química e medicina.
Recursos como exemplos resolvidos, testes rápidos, um conjunto extenso de problemas, eo Física Tradução da 9ª edição norte-americana
revisão de conceitos e equações, entre outros, conferem à obra os esforços dos autores em tsc John W. Jewett, Jr.
apresentar recursos pedagógicos que ajudem no processo de ensino e aprendizagem. eril e Raymond A. Serway
ma
Escrito em estilo claro, lógico e atrativo, Física para cientistas e engenheiros, Volume 2, abor-
oç
da assuntos relacionados a movimento oscilatório, movimento ondulatório, ondas sonoras, dõ Física para cientistas
superposição e ondas estacionárias, temperatura, a Primeira Lei da Termodinâmica, teoria ines e engenheiros
cinética dos gases, máquinas térmicas, entropia, e a Segunda Lei da Termodinâmica. â, Volume 3: Eletricidade
mo
in e magnetismo
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Aplicações: Pode ser utilizado como livro-texto dos cursos introdutórios de Física para os aa Tradução da 9ª edição norte-americana
para cientistas e engenheiros
próprios cursos de bacharelado e licenciatura em Física, Matemática e Química, Engenharias s John W. Jewett, Jr.
e Ciência da Computação. Também pode ser utilizado por aqueles que desejam atualizar-se e Raymond A. Serway
sobre o conhecimento desta fantástica ciência que é a Física.
oscilações, ondas Física para cientistas
e engenheiros
Material de apoio para professores
Volume 4: Luz, óptica
e termodinâmica
ISBN 13 978-85-221-2708-5
e física moderna
ISBN 10 85-221-2708-5 MATERIAL DE APOIO ON-LINE
Tradução da 9ª edição norte-americana
John W. Jewett, Jr.
John W. Jewett, Jr. • Raymond A. Serway
e Raymond A. Serway
9 788522 127085
FISICA_E_Volume 2.indd 1 8/29/17 3:43 PM
Cartela Pedagógica Colorida
Mecânica e Termodinâmica
Vetores deslocamento Vetores momento
e posição linear ( Sp ) e
S
Componente de vetores angular ( L )
deslocamento e posição Componente de vetores
Vetores velocidade linear(Sv) momento linear
e angular
e angular(vS)
Componente de vetores Vetores torque St
velocidade
Componente de vetores
S
Vetores força (F)
torque
Componente de vetores força
Direção esquemática
Vetores aceleração (Sa) de movimento linear
Componente de vetores ou rotacional
aceleração
Seta dimensional de
Setas de transferência de energia
W rotação
maq
Seta de alargamento
Q
f
Molas
Qq Polias
Seta de processo
Eletricidade e Magnetismo
Campos elétricos Capacitores
Vetores campo elétrico
Componentes de vetores campo Indutores (bobinas)
elétrico
Campos magnéticos Voltímetros V
Vetores campo magnético
Componentes de vetores Amperímetros A
campo magnético
Fontes AC
Cargas positivas (cid:31)
Lâmpadas
Cargas negativas (cid:30)
Resistores
Símbolo de terra
Baterias e outras fontes de 1
Corrente
alimentação DC 2
Interruptores
Luz e Óptica
Espelho
Raio de luz
Espelho curvo
Raio de luz focado
Raio de luz central
Corpos
Lente convexa
Lente côncava Imagens
Algumas constantes físicas
Quantidade Símbolo Valora
Unidade de massa atômica u 1,660538782(83) × 10–27 kg
931,494028(23) MeV/c2
Número de Avogadro NA 6,02214179(30) × 1023 partículas/mol
Magneton de Bohr m 5 e " 9,27400915(23) × 10–24 J/T
B 2m
e
Raio de Bohr "2 5,2917720859(36) × 10–11 m
a 5
0 me2k
e e
Constante de Boltzmann k 5 R 1,3806504(24) × 10–23 J/K
B N
A
Comprimento de onda Compton l 5 h 2,4263102175(33) × 10–12 m
C mc
e
Constante de Coulomb k 5 1 8,987551788 . . . × 109 N × m2/C2 (exato)
e 4πP
0
Massa do dêuteron md 3,34358320(17) × 10–27 kg
2,013553212724(78) u
Massa do elétron me 9,10938215(45) × 10–31 kg
5,4857990943(23) × 10-4 u
0,510998910(13) MeV/c2
Elétron-volt eV 1,602176487(40) × 10–19 J
Carga elementar e 1,602176487(40) × 10–19 C
Constante dos gases perfeitos R 8,314472(15) J/mol × K
Constante gravitacional G 6,67428(67) × 10–11 N × m2/kg2
Massa do nêutron mn 1,674927211(84) × 10–27 kg
1,00866491597(43) u
939,565346(23) MeV/c2
Magneton nuclear m 5 e " 5,05078324(13) × 10–27 J/T
n 2m
p
Permeabilidade do espaço livre m 4p × 10–7 T × m/A (exato)
0
Permissividade do espaço livre P 5 1 8,854187817 . . . × 10–12 C2/N × m2 (exato)
e µ c2
0
Constante de Planck h 6,62606896(33) × 10–34 J × s
"5 h 1,054571628(53) × 10–34 J × s
2 π
Massa do próton mp 1,672621637(83) × 10–27 kg
1,00727646677(10) u
938,272013(23) MeV/c2
Constante de Rydberg RH 1,0973731568527(73) ×107 m–1
Velocidade da luz no vácuo c 2,99792458 × 108 m/s (exato)
Observação: Essas constantes são os valores recomendados em 2006 pela CODATA com base em um ajuste dos dados de diferentes medições pelo
método de mínimos quadrados. Para uma lista mais completa, consulte P. J. Mohr, B. N. Taylor e D. B. Newell, CODATA Recommended Values of
the Fundamental Physical Constants: 2006. Rev. Mod. Fís. 80:2, 633-730, 2008.
a Os números entre parênteses nesta coluna representam incertezas nos últimos dois dígitos.
Dados do Sistema Solar
Distância média a
Corpo Massa (kg) Raio médio (m) Período (s) partir do Sol (m)
Mercúrio 3,30 × 1023 2,44 × 106 7,60 × 106 5,79 × 1010
Vênus 4,87 × 1024 6,05 × 106 1,94 × 107 1,08 × 1011
Terra 5,97 × 1024 6,37 × 106 3,156 × 107 1,496 × 1011
Marte 6,42 × 1023 3,39 × 106 5,94 × 107 2,28 × 1011
Júpiter 1,90 × 1027 6,99 × 107 3,74 × 108 7,78 × 1011
Saturno 5,68 × 1026 5,82 × 107 9,29 × 108 1,43 × 1012
Urano 8,68 × 1025 2,54 × 107 2,65 × 109 2,87 × 1012
Netuno 1,02 × 1026 2,46 × 107 5,18 × 109 4,50 × 1012
Plutãoa 1,25 × 1022 1,20 × 106 7,82 × 109 5,91 × 1012
Lua 7,35 × 1022 1,74 × 106 — —
Sol 1,989 × 1030 6,96 × 108 — —
a Em agosto de 2006, a União Astronômica Internacional adotou uma definição de planeta que separa Plutão dos outros oito planetas. Plutão
agora é definido como um “planeta anão” (a exemplo do asteroide Ceres).
Dados físicos frequentemente utilizados
Distância média entre a Terra e a Lua 3,84 × 108 m
Distância média entre a Terra e o Sol 1,496 × 1011 m
Raio médio da Terra 6,37 × 106 m
Densidade do ar (20 °C e 1 atm) 1,20 kg/m3
Densidade do ar (0 °C e 1 atm) 1,29 kg/m3
Densidade da água (20 °C e 1 atm) 1,00 × 103 kg/m3
Aceleração da gravidade 9,80 m/s2
Massa da Terra 5,97 × 1024 kg
Massa da Lua 7,35 × 1022 kg
Massa do Sol 1,99 × 1030 kg
Pressão atmosférica padrão 1,013 × 105 Pa
Observação: Esses valores são os mesmos utilizados no texto.
Alguns prefixos para potências de dez
Potência Prefixo Abreviação Potência Prefixo Abreviação
10–24 iocto y 101 deca da
10–21 zepto z 102 hecto h
10–18 ato a 103 quilo k
10–15 fento f 106 mega M
10–12 pico p 109 giga G
10–9 nano n 1012 tera T
10–6 micro µ 1015 peta P
10–3 mili m 1018 exa E
10–2 centi c 1021 zeta Z
10–1 deci d 1024 iota Y
Abreviações e símbolos padrão para unidades
Símbolo Unidade Símbolo Unidade
A ampère K kelvin
u unidade de massa atômica kg quilograma
atm atmosfera kmol quilomol
Btu unidade térmica britânica L ou l litro
C coulomb Lb libra
°C grau Celsius Ly ano-luz
cal caloria m metro
d dia min minuto
eV elétron-volt mol mol
°F grau Fahrenheit N newton
F faraday Pa pascal
pé pé rad radiano
G gauss rev revolução
g grama s segundo
H henry T tesla
h hora V volt
hp cavalo de força W watt
Hz hertz Wb weber
pol. polegada yr ano
J joule Ω ohm
Símbolos matemáticos usados no texto e seus significados
Símbolo Significado
= igual a
º definido como
≠ não é igual a
µ proporcional a
~ da ordem de
> maior que
< menor que
>>(<<) muito maior (menor) que
» aproximadamente igual a
Dx variação em x
N soma de todas as quantidades x de i = 1 para i = N
i
axi
i = 1
|x| valor absoluto de x (sempre uma quantidade não negativa)
Dx S 0 Dx se aproxima de zero
dx derivada x em relação a t
dt
0x derivada parcial de x em relação a t
0t
integral
3
Física
para cientistas e engenheiros
Volume 2 Oscilações,

ondas e terminâmica
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
J59f Jewett Jr., John W.
Física para cientistas e engenheiros : volume
2 : oscilações, ondas e termodinâmica / John W.
Jewett Jr., Raymond A. Serway ; tradução: Solange
Aparecida Visconte ; revisão técnica: Carlos
Roberto Grandini. – São Paulo, SP : Cengage
Learning, 2017.
288 p. : il. ; 28 cm.
Inclui índice e apêndice.
Tradução de: Physics for scientists and
engineers (9. ed.).
ISBN 978-85-221-2709-2
1. Física. 2. Termodinâmica. 3. Ondas (Física).
4. Mecânica (Oscilações). I. Serway, Raymond A.
II. Grandini, Carlos Roberto. III. Título.
CDU 53
CDD 530
Índice para catálogo sistemático:
1. Física 53
(Bibliotecária responsável: Sabrina Leal Araujo – CRB 10/1507)
Física
para cientistas e engenheiros
Volume 2 Oscilações,

ondas e termodinâmica
Tradução da 9a edição norte-americana
Raymond A. Serway
Professor Emérito, James Madison University
John W. Jewett, Jr.
Professor Emérito, California State Polytechnic University, Pomona
Com contribuições de Vahé Peroomian, University of California, Los Angeles
Tradução: Solange Aparecida Visconte
Revisão técnica: Carlos Roberto Grandini, FBSE
Professor Titular do Departamento de Física da UNESP, câmpus de Bauru
Austrália • Brasil • México • Cingapura • Reino Unido • Estados Unidos
Física para cientistas e engenheiros © 2014, 2010 por Raymond A. Serway
© 2018 Cengage Learning Edições Ltda.
Volume 2 – Oscilações, ondas e termodinâmica
Tradução da 9a edição norte-americana
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Raymond A. Serway; John W. Jewett, Jr. ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a
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2a edição brasileira
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Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direi-
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Título original: Physics for Scientists and Engineers
Vol. 2 (ISBN 13: 978-1-285-07043-8)
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Revisão: Fábio Gonçalves e Luicy Caetano de Oliveira © 2018 Cengage Learning. Todos os direitos reservados.
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ISBN-10 85-221-2709-3
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1a impressão – 2017
Dedicamos este livro a nossas esposas, Elizabeth e Lisa,
e todos os nossos filhos e netos pela compreensão
quando estávamos escrevendo este livro em vez de estarmos com eles.