Fundamentos de Física

771 Pages·23.363 MB·Spanish

by  Andrew F. Rex, Richard Wolfson

www.elsolucionario.org
El objetivo de Fundamentos de Física es proporcionar un texto centrado en Otro libro de interés
los principios esenciales, un texto más corto y mejor enfocado, que permita
Física universitaria, 12.a ed.
satisfacer mejor las necesidades de aprendizaje de los estudiantes de hoy día, al
Sears, Zemansky, Young y Freedman a
mismo tiempo que les enseña de forma más efectiva a dominar la Física. PEARSon EDUCACIÓn
La brevedad no implica que el proceso de aprendizaje del estudiante se tenga ISBn 978-60-7442-288-7 (Vol. I) c
que ver afectado. ISBn 978-60-7442-304-4 (Vol. II) i
s
Este texto ha sido diseñado desde el principio de manera que resulte
í
conciso y bien enfocado, obteniéndose así un libro mucho menos intimidante f
y más fácil de utilizar, en el que las explicaciones, las ilustraciones, los ejemplos
resueltos y los problemas del final de cada capítulo están bien coordinados entre e
sí. El libro adopta un enfoque basado en la interconexión: la conexión de unas
d
ideas con otras y de unos capítulos con otros, la conexión de la Física con el
mundo real, la conexión entre el texto y las fórmulas matemáticas, y la conexión
s
con el modo en que los estudiantes de hoy día aprenden y la forma en que
emplean sus libros de texto. Además de proporcionar una sólida base con la que o
se enseñan los principios de la Física, el texto también se centra en el objetivo de
t
que los estudiantes aprendan las necesarias técnicas de resolución de problemas.
n
Este enfoque integrado y sencillo hace que Fundamentos de Física resulte el libro
perfecto. e
m
Aprendizaje como parte del curso
a
Cada ejemplar de este libro viene acompañado con un código de d
acceso al sitio web www.masteringphysics.com que ofrece una enseñanza
n
individualizada, mejora el aprendizaje y permite a los profesores obtener un
F undamentos de física
análisis del rendimiento de los estudiantes. u
F
Rex
Wolfson
ISBN 978-84-7829-125-0
9 788478 291250
ISBN 978-84-7829-125-0 Andrew Rex
Richard Wolfson
9 788478 291250
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Fundamentos de Física
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Fundamentos de Física
Andrew F. Rex
University of Puget Sound
Richard Wolfson
Middlebury College
Traducción
Vuelapluma
Revisión técnica
Pedro Hidalgo Alcalde
Departamento de Física de Materiales
Universidad Complutense de Madrid
Miguel Ángel Hidalgo Moreno
Departamento de Física Aplicada
Universidad de Alcalá de Henares
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FUNDAMENTOS DE FÍSICA
Andrew F. Rex, Richard Wolfson
PEARSON EDUCACIÓN, S. A. 2011
ISBN: 978-84-7829-131-1
Materia: 53. Física
Formato: 215 x 270 mm. Páginas: 770
DERECHOS RESERVADOS
©PEARSON EDUCACIÓN, S.A., 2011
Ribera del Loira, 28
28042 Madrid (España)
Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sólo puede ser reali-
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fragmento de esta obra.
Authorized translation from the English language edition, entitled ESSENTIALCOLLEGE PHYSICS, VOLUME 1 and
VOLUME 2, 1st Edition by ANDREWREX; RICHARD WOLFSON, published by Pearson Education, Inc, publishing
as Addison-Wesley, Copyright ©2010. www.elsolucionario.org
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or
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Pearson Education, Inc.
SPANISH language edition published by PEARSON EDUCACION S.A., Copyright ©2011.
ISBN: 978-84-7829-125-0
Depósito Legal:
Equipo editorial:
Editor:Miguel Martín-Romo
Técnico Editorial:Esther Martín
Equipo de producción:
Director:José A. Clares
Técnico:Tini Cardoso
Diseño de cubierta:Copibook, S.L.
Composición: Vuelapluma S.L.
Impreso por:
IMPRESO EN ESPAÑA- PRINTED IN SPAIN
Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos
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Resumen del contenido
Capítulo 1 Las medidas en la Física 1
Capítulo 2 Movimiento unidimensional 18
Capítulo 3 Movimiento bidimensional 42
Capítulo 4 La fuerza y las leyes del movimiento de Newton 67
Capítulo 5 Trabajo y energía 98
Capítulo 6 Cantidad de movimiento y colisiones 128
Capítulo 7 Oscilaciones 156
Capítulo 8 Movimiento de rotación 180
Capítulo 9 Gravitación 213
Capítulo 10 Sólidos y fluidos 239
Capítulo 11 Ondas y sonido 263
Capítulo 12 Temperatura, expansión térmica y gases ideales 287
Capítulo 13 Calor 309
Capítulo 14 Las leyes de la termodinámica 333
Capítulo 15 Cargas, fuerzas y campos eléctricos 361
Capítulo 16 Energía eléctrica, potencial eléctrico y condensadores 391
Capítulo 17 Corriente eléctrica, resistencia y circuitos 415
Capítulo 18 Campos magnéticos y fuerzas magnéticas 445
Capítulo 19 Inducción electromagnética y corriente alterna 473
Capítulo 20 Ondas electromagnéticas y relatividad especial 503
Capítulo 21 Óptica geométrica 534
Capítulo 22 Óptica ondulatoria 567
Capítulo 23 Física moderna 591
Capítulo 24 Física atómica 618
Capítulo 25 Física nuclear 649
Capítulo 26 Un universo de partículas 681
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Estrategias de resolución de problemas y Tácticas
Capítulo Estrategia de resolución de problemas Pág.
2 2.1 Resolución de problemas cinemáticos
con aceleración constante 33
3 3.1 Resolución de problemas de movimiento de proyectiles 56
4 4.1 Resolución de problemas de Dinámica 77
5 5.1 El teorema del trabajo-energía 109
5.2 Conservación de la energía mecánica 114
6 6.1 Conservación de la cantidad de movimiento 134
8 8.1 Problemas de Cinemática con aceleración angular constante 185
8.2 Equilibrio mecánico 199
13 13.1 Calentamiento, fusión y vaporización 320
15 15.1 Cálculo de la fuerza neta debida a varias cargas eléctricas 369
16 16.1 Redes de condensadores 404
17 17.1 Redes de resistencias 427
Capítulo Táctica Pág.
1 1.1 Conversiones de unidades 7
3 3.1 Suma y resta de vectores 48
4 4.1 Dibujo de diagramas de fuerza 69
11 11.1 Nivel de intensidad y decibelios 274
14 14.1 La primera ley de la Termodinámica 341
18 18.1 Cómo dibujar vectores en tres dimensiones 449
19 19.1Aplicación de la ley de Lenz 475
21 21.1 Formación de imágenes en espejos cóncavos 538
21.2 Formación de imágenes en lentes convexas 547
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Acerca de los autores
Andrew F. Rex
Andrew F. Rex ha sido profesor de Física en la universidad de Puget Sound desde 1982.
Imparte frecuentemente el curso de Física universitaria, por lo que conoce bien los de-
safíos a los que se enfrentan tanto los estudiantes como los profesores. Es autor de varios
libros de texto, entre los que se incluyen Modern Physics for Scientists and Engineerse
Integrated Physics and Calculus. Además de escribir libros de texto, investiga los funda-
mentos de la segunda ley de la Termodinámica, lo que le ha permitido publicar diversos
artículos, así como el muy aclamado libro Maxwell’s Demon: Entropy, Information,
Computing.
Richard Wolfson
Richard Wolfson ha sido profesor de Física en Middlebury College durante más de 15
años. Además de sus libros de texto, Essential University Physics, Physicsfor Scientists
and Engineersy Energy, Environment and Climate, ha escrito dos libros de divulgación
científica: Nuclear Choices: ACitizen’s Guide To Nuclear Technologyy Simply Einstein:
Relativity Demiystified. Sus cursos en vídeo para Teaching Company incluyen Physics in
your Life y Einstein´s Relativity and the Quantum Revolution: Modern Physics for Non-
Scientists.
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Prefacio para el profesor
Durante las tres décadas que hemos estado enseñando Física, los libros de texto de Física
con enfoque algebraico han ido creciendo en longitud, complejidad y precio. Hemos lle-
gado a un punto en el que los libros de texto pueden resultar abrumadores para los estu-
diantes, muchos de los cuales estudian Física como requisito para alguna otra titulación
o profesión y no van a asistir en el futuro a ningún otro curso de esta materia. Sin embar-
go, también nos hemos encontrado con muchos estudiantes en esos cursos con enfoque
algebraico que están ansiosos por saber cómo explica la Física lo que podemos ver en
nuestra vida cotidiana, cómo se relaciona con otras disciplinas y hasta qué punto resul-
tan atractivas las nuevas ideas en el campo de la Física.
Un libro conciso y bien enfocado
Lo primero que podrá observar al examinar este libro es que es más conciso que la mayo-
ría de los libros con enfoque algebraico. Estamos convencidos de que es perfectamente
posible proporcionar un libro más corto y mejor enfocado que satisfaga mejor las nece-
sidades de aprendizaje de los estudiantes de hoy día, al mismo tiempo que guía a dichos
estudiantes de forma más efectiva durante su proceso de aprendizaje de la Física. El len-
guaje del libro es conciso y atractivo, sin por ello sacrificar la profundidad de los análi-
sis. ¡La brevedad no tiene por qué conseguirse a expensas del propio proceso de apren-
dizaje! Hemos diseñado este libro desde el principio para que fuera conciso y estuviera
bien enfocado, en lugar de abreviar simplemente un libro más largo. Los estudiantes
wwcomwprob.aeránl qsueo el ltuextoc fiinoal ens mauchroi moen.oos inrtimgidante y más fácil de emplear,
estando muy bien coordinadas las explicaciones, las figuras y los ejemplos.
El énfasis en las conexiones
Además de hacer que el volumen resulte menos abrumador, hemos tratado de poner el
acento en las relaciones, con el fin de mejorar la comprensión del estudiante y combatir
el prejuicio de que la Física es simplemente una larga lista de hechos y fórmulas.
Conexión de las ideas: la organización de los temas y las propias explicaciones tratan de
resaltar la relación entre las distintas ideas. Allí donde ha sido posible, las explicaciones
apuntan directamente a un ejemplo resuelto a la siguiente sección. Los propios ejemplos
resueltos pueden servir como puente, no solo para el material precedente que se preten-
de ilustrar con ese ejemplo, sino también para introducir una nueva idea que luego se
explica en la siguiente sección. Estos puentes funcionan en ambas direcciones; el texto
trata siempre de mirar hacia adelante y hacia atrás, con el fin de explotar la enorme can-
tidad de conexiones existentes en el campo de la Física.
Conexión de la Física con el mundo real:en lugar de limitarnos a enunciar los hechos de
la Física y a respaldarlos con ejemplos, el libro desarrolla una serie de conceptos clave a
partir de la observación de fenómenos del mundo real. Este enfoque ayuda a los estudian-
tes a comprender qué es la Física y cómo se relaciona con su vida diaria. Además, nume-
rosos ejemplos y aplicaciones ayudan a los estudiantes a explorar las ideas de la Física
en relación con el mundo real. Se establecen conexiones con fenómenos que resultarán
atractivos para el estudiante: aplicaciones de la vida cotidiana (calefacción de una vivien-
da, la física del vuelo, los DVD, los vehículos híbridos y muchos otros), de la biome-
dicina (marcapasos, flujo sanguíneo, membranas celulares, imágenes médicas) y de
investigaciones avanzadas en los campos de la ciencia y la tecnología (superconductivi-
dad, nanotecnología, ultracondensadores). Estas aplicaciones pueden utilizarse para sus-
citar el interés en determinados temas de la Física, o pueden surgir a medida que se