U N IV E R S FISICA ITASE RR IAIE interactivo en P esta edición A T R I A M e "La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son esencialmente sencillas y, por n d regla general pueden ser expresadas en un lenguaje comprensible para todos." o z Albert Einstein a G Con este texto los alumnos de ingeniería y ciencias tendrán la oportunidad de adquirir y a r desarrollar las habilidades necesarias para adaptarse a un entorno de aprendizaje cam- c í a biante y competitivo, es decir, se les proporcionan todos los elementos teóricos y sobre todo prácticos para que puedan aplicar lo estudiado a su vida académica y más tarde al R ámbito profesional. e i c h C Las principales características del libro son las siguientes: M Y Cuenta con breves pero claras explicaciones de cada uno de los fundamentos de CM la física. MY Se detalle cada uno de los pasos para resolver los ejemplos que se plantean. F CY I CMY Es un libro flexible, el lector lo puede utilizar según sus propias inquietudes y nece- S I K sidades. C Muchos de los ejemplos y problemas van acompañados de una “Alerta” que le A permite al estudiante estar pendiente de ciertos detalles al resolverlos. Cuenta con más de 500 problemas para resolver, presentados en distintas catego- rías según sus características; para ser resueltos con el apoyo de tecnología o bien Victor Antonio Mendoza relacionados con la vida diaria del lector. Con el propósito de motivar al alumno a resolver problemas con un grado de Ana Elizabeth García dificultad mayor, se incluyen problemas “reto” al final de cada unidad. David Reich Además, el texto cuenta con un CD-ROM en el que puede encontrar: animaciones, conver- tidor de unidades, problemas extras y documentos adicionales. EMPRESA DEL GRUPO www.editorialpatria.com.mx FÍSICA Teoría, ejemplos y problemas FÍSICA Teoría, ejemplos y problemas Víctor Antonio Mendoza Ana Elizabeth García David Reich PRIMERA EDICIÓN EBOOK MÉXICO, 2014 GRUPO EDITORIAL PATRIA info editorialpatria.com.mx www.editorialpatria.com.mx Dirección editorial: Javier Enrique Callejas Coordinación editorial: Ing. Estela Delfín Ramírez Producción: Gerardo Briones González Diseño de interiores y portada: Juan Bernardo Rosado Solís Ilustraciones: Adrian Zamorategui Fotografías: Thinkstockphoto Diagramación: Gustavo Vargas M. y Jorge Martínez J. Revisión técnica: Laura Rocío Ortiz Esquivel Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Instituto Politécnico Nacional Física Teoría, ejemplos y problemas © 2014, Víctor Antonio Mendoza Ibañez, Ana Elizabeth García Hernández, David Reich © 2014, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V. Renacimiento 180, Colonia San Juan Tlihuaca Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro Núm. 43 ISBN: 978-607-438-915-9 Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor. Impreso en México Printed in Mexico Primera edición ebook: 2014 Agradecimientos Para la inspiradora de mis más hermosos pensamientos, mi amor Angélica. Víctor Gracias a Dios por todas sus bendiciones y alegrías de cada momento de mi vida. AnA ElizAbEth Agradezco a Dios por la vida y sus bendiciones, a mi madre Elsa por impulsarme a superarme en todo momento, a mis hijos por ser mi fuente de inspiración y a mi esposa por su apoyo. DAViD Presentación La física es una de las asignaturas más importantes para el desarrollo profesional de los estudiantes de carreras del área de ingeniería y ciencias, por ello hemos desarrollado un libro donde puedan en- contrar diferentes herramientas para comprender y solucionar diversos tipos de problemas de Física clásica que más adelante les serán de utilidad para su vida académica. Es importante resaltar que el aprendizaje sólo se logra si los jóvenes se enfrentan día a día a diferentes situaciones y experiencias que los obliguen a procesar la información y a construir el cono- cimiento. Con este propósito se incluyeron una gran variedad de ejemplos y problemas relacionados con temas como vectores, leyes de Newton, cuerpos sólidos, etc. En otras palabras, se promueve el razonamiento y análisis en la solución de cualquier tipo de problemas. Con la estructura y metodología del libro lo que se pretende es que los alumnos respondan las siguientes preguntas que les serán de utilidad para resolver cualquier tipo de problema sin importar si se trata de física, química o cualquier otra asignatura: • ¿Qué tengo que hacer si deseo conocer algo? • ¿Qué debo hacer para lograr comprender algo? • ¿Qué debo hacer para analizar algo o una situación? • ¿Qué se hace si deseo sintetizar algo? • ¿Cómo puedo evaluar algo o una situación? Si el alumno logra dominar los niveles del pensamiento que se presentan tendrá un gran avance en su vida académica y profesional. La obra se divide en siete unidades, donde las dos primeras son introductorias (en la primera unidad se presentan los fundamentos de las mediciones y estimaciones; en la unidad 2 se dan las bases de los vectores), pero de gran importancia para el desarrollo del resto. En las unidades 3 y 4 se estudia la cinemática y la dinámica. En la unidad 5 se estudia el trabajo y la energía y en la sexta unidad se presenta el tema de cantidad de movimiento lineal y colisiones, y para cerrar el texto en la última unidad se presenta el tema de cuerpo rígido. Cada unidad tiene la misma estructura, al inicio se encuentran los objetivos a cubrir y una serie de preguntas que motivan al lector a introducirse en el tema, después se presenta el desarrollo de los temas de forma breve y sencilla y todos ellos van acompañados de una serie de ejemplos resueltos paso a paso. Y al final de cada capítulo se incluye una serie de problemas para resolver y un problema reto que cuenta con un grado de dificultad mayor y con el cual el joven podrá evaluar su desempeño. Además se incluye bibliografía y páginas de internet que pueden ser de utilidad como consulta. Además, el libro va acompañado de un CD-ROM que incluye animaciones, problemas extras, un convertidor de unidades y documentos en PDF como consulta. Por el tipo de material que se incluye será una herramienta de gran utilidad para el lector. VII Contenido Unidad 1 Introducción a la Física, mediciones y estimaciones 1 1.1 Introducción 2 1.2 Unidades físicas 2 1.3 Incertidumbre y error de paralaje 4 1.4 Cifras significativas 5 1.5 Sistema Internacional de Unidades (SI) 7 1.6 Conversión de unidades 8 1.7 Análisis dimensional 10 Problemas reto 14 Referencias bibliográficas 14 Referencias de Internet 14 Unidad 2 Vectores 15 2.1 Introducción 16 2.2 Vectores y suma de vectores 16 Problema reto 30 Referencias Bibliográficas 30 Referencias de Internet 30 Unidad 3 Cinemática 31 3.1 Conceptos básicos 32 Problemas reto 58 Referencias Bibliográficas 58 Referencias de Internet 58 IX