Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 2) [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
21. Carga Eléctrica y Campo Eléctrico
21.1 Electrostática; carga eléctrica y su conservación
21.2 Carga eléctrica en el átomo
21.3 Aislantes y conductores
21.4 Carga eléctrica inducida; el electroscopio
21.5 La ley de Coulomb
21.6 El campo eléctrico
21.7 Cálculo del campo eléctrico para distribuciones continuas de carga
21.8 Líneas de campo
21.9 Campos eléctricos y conductores
21.10 Movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico
21.11 Dipolos eléctricos
21.12 Fuerzas eléctricas en biología molecular;ADN
21.13 Las máquinas copiadoras y las computadoras electrónicas usan la electrostática
22. Ley de Gauss
22.1 Flujo eléctrico
22.2 Ley de Gauss
22.3 Aplicaciones de la ley de Gauss
22.4 Base experimental de las leyes de Gauss y de Coulomb
23. Potencial Eléctrico
23.1 Energía potencial eléctrica y diferencia de potencial
23.2 Relación entre potencial eléctrico y campo eléctrico
23.3 Potencial eléctrico debido a cargas puntuales
23.4 Potencial debido a cualquier distribución de carga
23.5 Superficies equipotenciales
23.6 Potencial de un dipolo eléctrico
23.7 Determinación de a partir de V
23.8 Energía potencial electrostática; el electrón volt
23.9 Tubo de rayos catódicos: Monitores de TV y de computadora, osciloscopios
24. Capacitancia, Dieléctricos y Almacenamiento de Energía Eléctrica
24.1 Capacitores
24.2 Cálculo de la capacitancia
24.3 Capacitores en serie y en paralelo
24.4 Almacenamiento de energía eléctrica
24.5 Dieléctricos
24.6 Descripción molecular de los dieléctricos
25. Corrientes Eléctricas y Resistencia
25.1 La batería eléctrica
25.2 Corriente eléctrica
25.3 Ley de Ohm: Resistencia y resistores
25.4 Resistividad
25.5 Potencia eléctrica
25.6 Potencia en circuitos domésticos
25.7 Corriente alterna
25.8 Visión microscópica de la corriente eléctrica: Densidad de corriente y velocidad de deriva
25.9 Superconductividad
25.10 Conducción eléctrica en el sistema nervioso
26. Circuitos de CD
26.1 FEM y voltaje terminal
26.2 Resistores en serie y en paralelo
26.3 Reglas de Kirchhoff 683
26.4 FEM en serie y en paralelo; cómo cargar nuna batería
26.5 Circuitos que contienen resistores y capacitores (circuitos RC)
26.6 Riesgos eléctricos
26.7 Amperímetros y voltímetros
27. Magnetismo
27.1 Imanes y campos magnéticos
27.2 Las corrientes eléctricas producen campos magnéticos
27.3 Fuerza sobre una corriente eléctrica en un campo magnético; definición de B
27.4 Fuerza sobre una carga eléctrica que se desplaza en un campo magnético
27.5 Torca sobre una espira de corriente momento dipolar magnético
27.6 Aplicaciones: Motores, altavoces y galvanómetros
27.7 Descubrimiento y propiedades del electrón
27.8 El efecto Hall
27.9 Espectrómetro de masas
28. Fuentes de Campo Magnético
28.1 Campo magnético debido a un alambre recto
28.2 Fuerza entre dos alambres paralelos
28.3 Definiciones de ampere y coulomb
28.4 Ley de Ampère
28.5 Campo magnético de un solenoide y un toroide
28.6 Ley de Biot-Savart
28.7 Materiales magnéticos: Ferromagnetismo
28.8 Electroimanes y solenoides: Aplicaciones
28.9 Campos magnéticos en materiales magnéticos; histéresis
28.10 Paramagnetismo y diamagnetismo
29. Inducción Electromagnética y Ley de Faraday
29.1 Fem inducida
29.2 Ley de inducción de Faraday; ley de Lenz
29.3 Fem inducida en un conductor en movimiento
29.4 Generadores eléctricos
29.5 Fuerza contraelectromotriz y contra torca; corrientes parásitas
29.6 Transformadores y transmisión de potencia
29.7 Un flujo magnético variable produce un campo eléctrico
29.8 Aplicaciones de la inducción: Sistemas de sonido, memoria de computadoras, sismógrafos, GFCI
30. Inductancia, Oscilaciones Electromagnéticas y Circuitos de CA
30.1 Inductancia mutua
30.2 Autoinductancia
30.3 Energía almacenada en un campo magnético
30.4 Circuitos LR
30.5 Circuitos LC y oscilaciones electromagnéticas
30.6 Oscilaciones LC con resistencia (circuito LRC)
30.7 Circuitos de ca con fuente de ca
30.8 Circuitos de ca LRC en serie
30.9 Resonancia en circuitos de ca
30.10 Adaptación de impedancia
30.11 CA trifásica
31. Ecuaciones de maxwell y Ondas Electromagnéticas
31.1 Los campos eléctricos variables producen campos magnéticos; ley de Ampère y corriente de desplazamiento
31.2 Ley de Gauss para magnetismo
31.3 Ecuaciones de Maxwell
31.4 Producción de ondas electromagnéticas
31.5 Ondas electromagnéticas y su rapidez, deducidas a partir de las ecuaciones de Maxwell
31.6 La luz como onda electromagnética y el espectro electromagnético
31.7 Medición de la rapidez de la luz
31.8 Energía en ondas EM; el vector de Poynting
31.9 Presión de radiación
31.10 Radio y televisión: comunicación inalámbrica
32. Luz: Reflexión y Refracción
32.1 El modelo de rayos de luz
32.2 Reflexión; formación de imágenes mediante espejos planos
32.3 Formación de imágenes mediante espejos esféricos
32.4 Índice de refracción
32.5 Refracción: Ley de Snell
32.6 Espectro visible y dispersión
32.7 Reflexión total interna; fibras ópticas
32.8 Refracción en una superficie esférica
33. Lentes e Instrumentos Ópticos
33.1 Lentes delgadas; trazado de rayos
33.2 Ecuación de lentes delgadas; amplificación
33.3 Combinaciones de lentes
33.4 Ecuación del fabricante de lentes
33.5 Cámaras: De película y digitales
33.6 El ojo humano; lentes correctivas
33.7 Lente de aumento
33.8 Telescopios
33.9 Microscopio compuesto
33.10 Aberraciones de lentes y espejos
34. La naturaleza Ondulatoria de la luz; Interferencia
34.1 Ondas frente a partículas; el principio de Huygens y la difracción
34.2 El principio de Huygens y la ley de refracción
34.3 Interferencia; experimento de Young de la doble rendija
34.4 Intensidad en el patrón de interferencia de doble rendija
34.5 Interferencia en películas delgadas
34.6 Interferómetro de Michelson
34.7 Intensidad luminosa
35. Difracción y Polarización
35.1 Difracción mediante una sola rendija o disco
35.2 Intensidad en el patrón de difracción de una sola rendija
35.3 Difracción en el experimento de doble rendija
35.4 Límites de resolución; aberturas circulares
35.5 Resolución de telescopios y microscopios; el límite lambda
35.6 Resolución del ojo humano y amplificación útil
35.7 Rejilla de difracción
35.8 El espectrómetro y espectroscopia
35.9 Anchos de pico y poder de resolución para una rejilla de difracción
35.10 Rayos X y difracción de rayos X
35.11 Polarización
35.12 Pantallas de cristal líquido (LCD)
35.13 Dispersión de la luz por la atmósfera
36. La Teoría Especial de la Relatividad
36.1 Relatividad galileana-newtoniana
36.2 El experimento de Michelson y Morley
36.3 Postulados de la teoría especial de la relatividad
36.4 Simultaneidad
36.5 Dilatación del tiempo y la paradoja de los gemelos
36.6 Contracción de la longitud
36.7 Espacio-tiempo tetradimensional
36.8 Transformaciones galileanas y de Lorentz
36.9 Cantidad de movimiento relativista
36.10 La rapidez última
36.11 E = mc2; masa y energía
36.12 Corrimiento Doppler para la luz
36.13 El impacto de la relatividad especial
37. Teoría Cuántica Temprana y Modelos Atómicos
37.1 Hipótesis cuántica de Planck; radiación de cuerpo negro
37.2 La teoría fotónica de la luz y el efecto fotoeléctrico
37.3 Energía, masa y cantidad de movimiento de un fotón
37.4 Efecto Compton
37.5 Interacciones de fotones; producción de pares
37.6 Dualidad onda-partícula; el principio de complementariedad
37.7 Naturaleza ondulatoria de la materia
37.8 Microscopios electrónicos
37.9 Primeros modelos atómicos
37.10 La clave para la estructura del átomo: Los espectros atómicos
37.11 El modelo de Bohr
37.12 Aplicación de la hipótesis de De Broglie a los átomos
38. Mecánica Cuántica
38.1 Una nueva teoría: La mecánica cuántica
38.2 La función de onda y su interpretación; el experimento de doble rendija
38.3 El principio de incertidumbre de Heisenberg
38.4 Implicaciones filosóficas; probabilidad frente a determinismo
38.5 La ecuación de Schrödinger en una dimensión: Una forma independiente del tiempo
38.6 Ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo
38.7 Partículas libres; ondas planas y paquetes de ondas
38.8 Partícula en un pozo cuadrado de potencial con profundidad infinita (una caja rígida)
38.9 Pozo de potencial finito
38.10 Tunelamiento a través de una barrera
39. Mecánica Cuántica de los Átomos
39.1 Visión mecánico-cuántica de los átomos
39.2 El átomo de hidrógeno: La ecuación de Schrödinger y los números cuánticos
39.3 Funciones de onda del átomo de hidrógeno
39.4 Átomos complejos; el principio de exclusión
39.5 Tabla periódica de los elementos
39.6 Espectros de rayos X y el número atómico
39.7 Momento dipolar magnético; cantidad de movimiento angular total
39.8 Fluorescencia y fosforescencia
39.9 Láseres
39.10 Holografía
40. Molécula y Sólidos
40.1 Enlaces de moléculas
40.2 Diagramas de energía potencial para moléculas
40.3 Enlaces débiles (de van der Waals)
40.4 Espectros moleculares
40.5 Enlaces en sólidos
40.6 Teoría de los electrones libres en los metales; energía de Fermi
40.7 Teoría de bandas en sólidos
40.8 Semiconductores y dopado
40.9 Diodos semiconductores
40.10 Transistores y circuitos integrados (chips)
41. Física Nuclear y Radiactividad
41.1 Estructura y propiedades del núcleo
41.2 Energía de enlace y fuerzas nucleares
41.3 Radiactividad
41.4 Decaimiento alfa
41.5 Decaimiento beta
41.6 Decaimiento gamma
41.7 Conservación del número de nucleones y otras leyes de conservación
41.8 Vida media y tasa de decaimiento
41.9 Series de decaimiento
41.10 Fechamiento radiactivo
41.11 Detección de radiación
42. Energía Nuclear; Efectos y Usos de la Radiación
42.1 Reacciones nucleares y la transmutación de los elementos
42.2 Sección eficaz
42.3 Fisión nuclear; reactores nucleares
42.4 Fusión nuclear
42.5 Paso de la radiación a través de la materia; daño por radiación
42.6 Medición de la radiación: Dosimetría
42.7 Terapia con radiación
42.8 Trazadores en investigación y medicina
42.9 Formación de imágenes mediante tomografía: Exploración TAC y tomografía por emisión
42.10 Resonancia magnética nuclear (RMN); formación de imágenes mediante resonancia magnética (IRM)
43. Partículas Elementales
43.1 Partículas de alta energía y aceleradores
43.2 Comienzos de la física de partículas elementales: Intercambio de partículas
43.3 Partículas y antipartículas
43.4 Interacciones de partículas y leyes de conservación
43.5 Neutrinos: Resultados recientes
43.6 Clasificación de las partículas
43.7 Estabilidad de las partículas y resonancias
43.8 ¿Partículas extrañas? ¿Encanto? Hacia un nuevo modelo
43.9 Quarks
43.10 El “modelo estándar”: Cromodinámica cuántica (QCD) y la teoría electrodébil
43.11 Teorías de la gran unificación
43.12 Cuerdas y supersimetría
44. Astrofísica y Cosmología
44.1 Estrellas y galaxias
44.2 Evolución estelar: Nucleosíntesis, y nacimiento y muerte de las estrellas
44.3 Mediciones de distancia
44.4 Relatividad general: Gravedad y curvatura del espacio
44.5 El Universo en expansión: Corrimiento al rojo y ley de Hubble
44.6 La Gran Explosión (Big Bang) y la radiación cósmica de fondo
44.7 El modelo cosmológico estándar: Historia temprana del Universo
44.8 Inflación: Explicación de la naturaleza plana, la uniformidad y la estructura
44.9 Materia oscura y energía oscura
44.10 Estructura a gran escala del Universo
44.11 Finalmente . . .
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