Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 1) [PDF]
Autor: Douglas C. Giancoli
Cuarta Edición 2008
PREFACIO
Desde el principio me sentí motivado para escribir un libro de texto diferente de los demás, los cuales, en general, presentan la física como una secuencia de hechos o como un catálogo de artículos: “Aquí están los hechos y es mejor que los aprendan”. En vez de utilizar este enfoque en el que los temas empiezan formal y dogmáticamente, traté de iniciar cada tema con observaciones y experiencias concretas que los estudiantes puedan relacionar: primero describo situaciones específicas para después referirme a las grandes generalizaciones y los aspectos más formales de un tema. La intención fue mostrar por qué creemos lo que creemos. Este enfoque refleja cómo se practica la ciencia en realidad.
Acerca del Autor
Douglas C. Giancoli obtuvo su licenciatura en física (summa cum laude) en la Universidad de California, Berkeley, su maestría en física en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) y su doctorado en física de partículas elementales en la Universidad de California, Berkeley. Luego pasó dos años en una estancia posdoctoral en el laboratorio de virus de la UC Berkeley, donde realizó estudios en biología molecular y biofísica.
Sus profesores incluyen a los ganadores del Premio Nobel Emilio Segré y Donald Glaser. Ha impartido una amplia variedad de cursos tradicionales de licenciatura, así como algunos innovadores, y ha continuado actualizando sus libros meticulosamente en busca de formas para ofrecer una mejor comprensión de la física a los estudiantes. El pasatiempo favorito de Doug es al aire libre, especialmente el montañismo. Asegura que escalar montañas es como aprender física: es una actividad que requiere esfuerzo, pero las recompensas son grandes.
CONTENIDO
1. Introducción, Mediciones, Estimaciones
1.1 La naturaleza de la ciencia
1.2 Modelos, teorías y leyes
1.3 Medición e incertidumbre; cifras significativas
1.4 Unidades, estándares y el sistema SI
1.5 Conversión de unidades
1.6 Orden de magnitud: Estimación rápida
1.7 Dimensiones y análisis dimensional
2. Descripción del Movimiento: Cinemática en una Dimensión
2.1 Marcos de referencia y desplazamiento
2.2 Velocidad promedio
2.3 Velocidad instantánea
2.4 Aceleración
2.5 Movimiento con aceleración constante
2.6 Resolución de problemas
2.7 Caída libre de objetos
2.8 Aceleración variable; cálculo integral
2.9 Análisis gráfico e integración numérica
3. Cinemática en dos o en tres dimensiones: Vectores
3.1 Vectores y escalares
3.2 Suma de vectores: Método gráfico
3.3 Resta de vectores y multiplicación de un vector por un escalar
3.4 Suma de vectores por medio de componentes
3.5 Vectores unitarios
3.6 Cinemática vectorial
3.7 Movimiento de proyectiles
3.8 Resolución de problemas que implican el movimiento de un proyectil
3.9 Velocidad relativa
4. Dinámica: Leyes de Newton del Movimiento
4.1 Fuerza
4.2 Primera ley de Newton del movimiento
4.3 Masa
4.4 Segunda ley de Newton del movimiento
4.5 Tercera ley de Newton del movimiento
4.6 Fuerza de gravedad (peso) y fuerza normal
4.7 Resolución de problemas con las leyes de Newton: Diagramas de cuerpo libre
4.8 Resolución de problemas: Un enfoque general
5. Aplicaciones de las Leyes de Newton: Fricción, Movimiento Circular y Arrastre
5.1 Aplicaciones de las leyes de Newton
5.2 Movimiento circular uniforme: Cinemática
5.3 Dinámica del movimiento circular uniforme
5.4 Curvas en las carreteras: peraltadas y sin peralte
5.5 Movimiento circular no uniforme
5.6 Fuerzas dependientes de la velocidad: Arrastre y velocidad terminal
6. Gravitación y Síntesis de Newton
6.1 Ley de Newton de la gravitación universal
6.2 Forma vectorial de la ley de Newton de la gravitación universal
6.3 Gravedad cerca de la superficie de la Tierra: Aplicaciones geofísicas
6.4 Satélites e “ingravidez”
6.5 Leyes de Kepler y síntesis de Newton
6.6 Campo gravitacional
6.7 Tipos de fuerzas en la naturaleza
6.8 El principio de equivalencia, la curvatura del espacio y los agujeros negros
7. Trabajo y Energía
7.1 Trabajo realizado por una fuerza constante
7.2 Producto escalar de dos vectores
7.3 Trabajo efectuado por una fuerza variable
7.4 Energía cinética y el principio del trabajo y la energía
8. Conservación de la Energía
8.1 Fuerzas conservativas y fuerzas no conservativas
8.2 Energía potencial
8.3 Energía mecánica y su conservación
8.4 Resolución de problemas usando la conservación de la energía mecánica
8.5 La ley de la conservación de la energía
8.6 Conservación de la energía con fuerzas disipativas: Resolución de problemas
8.7 Energía potencial gravitacional y velocidad de escape
8.8 Potencia
8.9 Diagramas de energía potencial; equilibrio estable y equilibrio inestable
9. Cantidad de Movimiento Lineal y Colisiones
9.1 Cantidad de movimiento lineal y su relación con la fuerza
9.2 Conservación de la cantidad de movimiento
9.3 Colisiones e impulso
9.4 Conservación de la energía y de la cantidad de movimiento lineal en colisiones
9.5 Colisiones elásticas en una dimensión
9.6 Colisiones inelásticas
9.7 Colisiones en dos o en tres dimensiones
9.8 Centro de masa (CM)
9.9 Centro de masa y movimiento traslacional
9.10 Sistemas de masa variable: propulsión de cohetes
10. Movimiento Rotacional
10.1 Cantidades angulares
10.2 Naturaleza vectorial de las cantidades angulares
10.3 Aceleración angular constante
10.4 Torca
10.5 Dinámica rotacional:Torca e inercia rotacional
10.6 Resolución de problemas de dinámica rotacional
10.7 Determinación de momentos de inercia
10.8 Energía cinética rotacional
10.9 Movimiento rotacional más traslacional: Rodamiento
10.10 ¿Por qué desacelera una esfera rodante?
11. Cantidad de movimiento Angular: Rotación General
11.1 Cantidad de movimiento angular: objetos que giran en torno a un eje fijo
11.2 Producto cruz vectorial:Torca como vector
11.3 Cantidad de movimiento angular de una partícula
11.4 Cantidad de movimiento angular y torca para un sistema de partículas: movimiento general
11.5 Cantidad de movimiento angular y torca para un cuerpo rígido
11.6 Conservación de la cantidad de movimiento angular
11.7 El trompo y el giroscopio
11.8 Marcos de referencia en rotación: fuerzas inerciales
11.9 El efecto Coriolis
12. Equilibrio Estático: Elasticidad y Fractura
12.1 Las condiciones para el equilibrio
12.2 Resolución de problemas de estática
12.3 Estabilidad y equilibrio
12.4 Elasticidad: Esfuerzo y deformación unitaria
12.5 Fractura
12.6 Armaduras y puentes
12.7 Arcos y domos
13. Fluidos
13.1 Fases de la materia
13.2 Densidad y gravedad específica
13.3 Presión en fluidos
13.4 Presión atmosférica y presión manométrica
13.5 Principio de Pascal
13.6 Medición de la presión: Manómetros y barómetros
13.7 Flotación y el principio de Arquímedes
13.8 Fluidos en movimiento; tasa de flujo y la ecuación de continuidad
13.9 Ecuación de Bernoulli
13.10 Aplicaciones del principio de Bernoulli: Torricelli, aviones, pelotas de béisbol y ataque isquémico transitorio
13.11 Viscosidad
13.12 Flujo en tubos: Ecuación de Poiseuille, flujo sanguíneo
13.13 Tensión superficial y capilaridad
13.14 Las bombas y el corazón
14. Oscilaciones
14.1 Oscilaciones de un resorte
14.2 Movimiento armónico simple
14.3 Energía en el oscilador armónico simple
14.4 Movimiento armónico simple relacionado con movimiento circular uniforme
14.5 El péndulo simple
14.6 El péndulo físico y el péndulo de torsión
14.7 Movimiento armónico amortiguado
14.8 Oscilaciones forzadas: resonancia
15. Movimiento Ondulatorio
15.1 Características del movimiento ondulatorio
15.2 Tipos de ondas: Transversales y longitudinales
15.3 Energía transportada por las ondas
15.4 Representación matemática de una onda viajera
15.5 La ecuación de onda
15.6 El principio de superposición
15.7 Reflexión y transmisión
15.8 Interferencia
15.9 Ondas estacionarias: Resonancia
15.10 Refracción
15.11 Difracción
16. Sonido
16.1 Características del sonido
16.2 Representación matemática de ondas longitudinales
16.3 Intensidad del sonido: decibeles
16.4 Fuentes del sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire
16.5 Calidad del sonido y ruido: Superposición
16.6 Interferencia de las ondas de sonido: Pulsos
16.7 El efecto Doppler
16.8 Ondas de choque y el estampido sónico
16.9 Aplicaciones: Sonar, ultrasonido y formación de imágenes en medicina
17. Temperatura, Expansión Térmica, y le del gas ideal
17.1 Teoría atómica de la materia
17.2 Temperatura y termómetros
17.3 Equilibrio térmico y la ley cero de la termodinámica
17.4 Expansión térmica
17.5 Tensiones térmicas
17.6 Las leyes de los gases y la temperatura absoluta
17.7 Ley del gas ideal
17.8 Resolución de problemas con la ley del gas ideal
17.9 Ley del gas ideal en términos de moléculas: número de Avogadro
17.10 Escala de temperatura del gas ideal: un estándar
18. Teoría Cinética de los gases
18.1 La ley del gas ideal y la interpretación molecular de la temperatura
18.2 Distribución de la rapidez molecular
18.3 Gases reales y cambios de fase
18.4 Presión de vapor y humedad
18.5 Ecuación de estado de van der Waals
18.6 Recorrido libre medio
18.7 Difusión
19. Calor y la Primera ley de la Termodinámica
19.1 El calor como transferencia de energía
19.2 Energía interna
19.3 Calor específico
19.4 Calorimetría: Resolución de problemas
19.5 Calor latente.
19.6 La primera ley de la termodinámica
19.7 Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica: Cálculo de trabajo
19.8 Calores específicos molares para gases y la equipartición de la energía
19.9 Expansión adiabática de un gas.
19.10 Transferencia de calor: Conducción, convección, radiación
20. Segunda ley de la Termodinámica
20.1 La segunda ley de la termodinámica: Introducción
20.3 Procesos reversibles e irreversibles; la máquina de Carnot
20.4 Refrigeradores, acondicionadores de aire y bombas térmicas
20.5 Entropía
20.6 Entropía y la segunda ley de la termodinámica
20.7 Del orden al desorden
20.8 Indisponibilidad de energía: Muerte térmica
20.9 Interpretación estadística de la entropía y la segunda ley
20.10 Temperatura termodinámica: Tercera ley de la termodinámica
20.11 Contaminación térmica, calentamiento global y recursos energéticos
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