Ohanian Fisica 3e Contenido Volumen 2

00-Front Matters OHANIAN 2.indd 1 9/1/09 19:13:01 05 � 10�34 J � s G � 6.675 � 10 -2 2 �27 Rapidez del sonido en el aire 331 m/s (0�C.2 pie �s 2 28.56 � 10 s kg 10 �1 �2 �3 libra energía fuerza presión presión temperatura temperatura ángulo unidad de masa atómica electrón-volt libra-fuerza atmósfera torr 10 10 1 eV � 1.29 kg�m3 (0�C. 1 atm) 2.85 � 10�12 F�m 1 �4p�0 � 8.34�105 J/kg � 79.00 � 108 m�s h � 6.461 � 1015 m 1 cm3 � 1 mL � 10�3 L 1 L � 10 cm � 10 1 lb � 0.448 N 1 atm � 1.187 J 1.7 kcal/kg 1 cal � 4.013 � 105 Pa �C � K � 273.27 � 10�24 J� T 2me Constante de Boltzmann Número de Avogadro Constante universal de los gases k � 1.33 kg 4p�0 U �mee � 5.60 � 10�19 C me � 9.4 kW>m2 1. cc litro.453 6 kg 1 u � 1.43 � 10�12 m mB � eU � 9.63 � 10 � 34 CONSTANTES FÍSICAS DIVERSAS J�s N � m �kg �7 2 2 Aceleración normal de la gravedad Masa molecular del aire Densidad del aire seco Densidad del agua Calor de vaporización del agua Calor de fusión del hielo Equivalente mecánico del calor Constante solar Índice de refracción del agua 1 g � 9.25 d � 3. 1 atm) 1 000 kg>m3 U � h�2p � 1.602 � 10�19 J 10�6 10 10 �9 �12 escala Celsius radián escala Fahrenheit 10�15 10 �18 I 00-Front Matters OHANIAN 2.661 � 10 1 lb-f � 4.99 � 109 m� F �e � �1.11 � 10�31 kg mp � 1.67 � 10 �11 m0 � 1.81 m�s2 � 32.38 � 10�23 J�K N A � 6.29 � 10 � 11 m h �mec � 2.31 J/mol · K PREFIJOS PARA LAS UNIDADES FACTOR 1018 1015 10 10 12 9 UNIDADES ESPECIALES Y FACTORES DE CONVERSIÓN (Véase el apéndice 8 para mayor información) CANTIDAD longitud UNIDAD pulgada año luz litro año SÍMBOLO pulg Å — cm3.26�106 J/kg � 539 kcal/kg 3.540 cm 1 Å � 10�8 cm � 10�10 m 1 año luz � 9.00 � 10 H�m �0 � 8.30� 1 torr � 1 atm>760 � 27 3 3 �3 PREFIJO exa peta tera giga mega kilo hecto deka deci centi mili micro nano pico femto atto SÍMBOLO E P T G M k h da d c m m n p f a longitud longitud volumen volumen tiempo masa masa angstrom centímetro cúbico 106 10 3 2 m 3 7 10 10 1 año � 365.indd 2 9/1/09 19:13:01 .673 � 10�27 kg mn � 1. L año lb u eV lb-f atm torr �C �F rad CONVERSIÓN 1 pulg � 2.98 g/mol 1.CONSTANTES FUNDAMENTALES (Véase el apéndice 7 para mayor información) Rapidez de la luz Constante de Planck Constante gravitacional Constante de permeabilidad Constante de permitividad Constante de Coulomb Carga del electrón Masa del electrón Masa del protón Masa del neutrón Radio de Bohr Longitud de onda de Compton Magnetón de Bohr c � 3.02 � 1023 �mol R � NAk � 8.15 �F � 9 5 (�C) � 32 1 rad � 57.26 � 10�6 H�m m0 �4p � 1. 35 � 1022 kg 1.77 6.53 1.84 � 108 m 1 mes sideral � 27.indd 3 9/1/09 19:13:02 .38 2.378 � 106 m RE � � 6.41 0.616 � 10 4 s Momento de inercia alrededor del eje polar alrededor del eje ecuatorial Distancia media del Sol Periodo de órbita 1 año � 365 días 6 h � 3.88 11.DATOS DEL SISTEMA SOLAR TIERRA Masa Radio ecuatorial Radio polar Densidad media Gravedad superficial Periodo de rotación 1 día sideral � 23 h 56 min 4 s � 8.9 � 1026 W PLANETA Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Plutón MASA 3.5 84.0 165 248 RADIO ECUATORIAL 2 439 km 6 052 6 378 3 393 71 398 60 000 25 400 24 300 1 500 MS � 1.92 1.99 � 1030 kg 6.615 1.026 0.8 km/s I � 0.98 � 1024 kg RE � 6.39 1.357 � 106 m 5 520 kg �m 3 g � 9.3 días 3.00 0.30 � 1023 kg 4.329MER2 E 1.5 � 10 22 II 00-Front Matters OHANIAN 2.03 � 1026 1.00 1.70 � 1025 1.42 � 10 23 GRAVEDAD SUPERFICIAL 0.3 días SOL Masa Radio Densidad media Gravedad superficial Periodo de rotación Luminosidad DISTANCIA MEDIA DEL SOL 57.07 0.997 1.91 1.90 � 1027 5.045 PERIODO DE ROTACIÓN 58.67 � 1026 8.6 días 243 0.241 año 0.62 m �s2 27.81 m�s2 � 32.43 0.38g 0.331 MER2 E I� � 0.9 � 106 km 108 150 228 778 1 430 2 870 4 500 5 890 PERIODO DE REVOLUCIÓN 0.16 � 10 7s Rapidez orbital 29.96 � 108 m 1 410 kg �m 3 274 m �s2 � 26 días 3.50 � 1011 m ME � 5.19 0.9 29.2 pie �s 2 LUNA Masa Radio Momento de inercia Gravedad superficial Periodo de rotación 7.65 0.87 � 1024 5.74 � 106 m 3 340 kg �m 3 1.98 � 1024 6. indd 4 9/1/09 19:13:02 .00-Front Matters OHANIAN 2. Física para ingeniería y ciencias Volumen 2 00-Front Matters OHANIAN 2.indd 5 9/1/09 19:13:05 . 00-Front Matters OHANIAN 2.indd 6 9/1/09 19:13:07 . indd 7 9/1/09 19:13:10 . villegas garrido i n s t i tuto t e c n o l ó g i co y d e e s tu d i o s superiores de monterrey. Ohanian U n i v e r s i t y of V e r m o n t J oh n T . M a r k e r t U n i v e r s i t y of T e x a s a t Au s t i n Revisión técnica A n to n i o G e n Mo r a universidad iberoamericana. c a m p u s e s t a d o d e m é x i co MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA LISBOA • MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO 00-Front Matters OHANIAN 2.Física para ingeniería y ciencias Tercera edición Volumen 2 Hans C. c i u d a d d e m é x i co marcela m. Inc.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies.  Prolongación Paseo de la Reforma 1015. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Roig Vázquez Coordinadora editorial: Marcela I. por cualquier medio. Copyright MMVII by W. Núm. Reg.indd 8 9/1/09 19:13:11 . Volumen 2 Tercera edición  Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra.Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo Alejandro del Bosque Alayón Editor sponsor: Pablo E. DE C. Colonia Desarrollo Santa Fe.P. Rocha Martínez Editora de desarrollo: Ana Laura Delgado Rodríguez Supervisor de producción: Zeferino García García Diseño de portada: Óscar Fioratti Traductores: Virgilio González y Pozo/Hugo Villagómez Velázquez Física para ingeniería y ciencias. ISBN: 0-393-97422-7 1234567890 Impreso en México 08765432109 Printed in Mexico 00-Front Matters OHANIAN 2. All rights reserved. 01376. Inc. F. 736 ISBN 13: 978-970-10-6746-8 ISBN 10: 970-10-6746-0 Traducido de la tercera edición de Physics for Engineers and Scientists. C.A. DERECHOS RESERVADOS © 2009 respecto a la primera edición en español por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES. Norton & Company. D. S. Delegación Álvaro Obregón. México. Torre A Piso 17. sin la autorización escrita del editor. W. POTENCIAL ELECTROSTÁTICO Y ENERGÍA  789 26. PREFACIO xV MANUAL DEL USUARIO DE FÍSICA PARA INGENIERÍA Y CIENCIAS xxiV PRELUDIO: EL MUNDO DE LA FÍSICA xxXI PARTE 5  ONDAS Y ÓPTICA  1068 33. CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA  1030 PARTE 6 RELATIVIDAD. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS  1070 34. LA LEY DE GAUSS  756 25.Contenido breve Los capítulos 1 a 21 aparecen en el volumen 1 y los capítulos 22 a 36 aparecen en el volumen 2. FUERZA Y CAMPO MAGNÉTICO  926 30. CORRIENTES ELÉCTRICAS Y LA LEY DE OHM   858 28. CUANTUMS Y PARTÍCULAS  1214 36. LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL  1216 APÉNDICES A-1 ÍNDICE I-1 00-Front Matters OHANIAN 2. FUERZA ELÉCTRICA Y CARGA ELÉCTRICA  694 23. EL CAMPO ELÉCTRICO  721 24. CAPACITORES Y DIELÉCTRICOS  828 27.indd 9 9/1/09 19:13:11 . INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA  993 32. CARGAS Y CORRIENTES EN CAMPOS MAGNÉTICOS  964 31. CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA  887 29. REFRACCIÓN Y ÓPTICA  1111 35. REFLEXIÓN. INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN  1168 PARTE 4 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO  692 22. 00-Front Matters OHANIAN 2.indd 10 9/1/09 19:13:11 . 6* Mediciones eléctricas  905 28.1 24.2 22. CAPACITORES Y DIELÉCTRICOS  828 26.4 Circuitos con varias mallas  897 28.indd 11 9/1/09 19:13:11 .3 Circuitos de una malla  893 28.1 23. FUERZA ELÉCTRICA Y CARGA ELÉCTRICA  694 22.3 23.2 24. CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA  887 28.5 27.4 24.4 Energía en capacitores  844 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  847 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  712 23.4 25. LA LEY DE GAUSS  756 24.4 Combinaciones de resistencias  872 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  878 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  745 28.5 El flujo eléctrico  757 La ley de Gauss  762 Aplicaciones de la ley de Gauss  763 Superposición de campos eléctricos  772 Conductores y campos eléctricos  774 Fuerza electromotriz  888 Fuentes de fuerza electromotriz  890 28. EL CAMPO ELÉCTRICO  721 23.3 22.5 El potencial electrostático  790 Cálculo del potencial a partir del campo  798 Potencial en conductores  803 Cálculo del campo a partir del potencial  806 Energía de sistemas de cargas  811 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  816 La fuerza electrostática  695 Ley de Coulomb  698 La superposición de fuerzas eléctricas  703 Cuantización y conservación de la carga  706 Conductores y aislantes.8* Los riesgos de las corrientes eléctricas  913 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  914 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  778 00-Front Matters OHANIAN 2.2 23.4 22. calor de Joule  901 28. POTENCIAL ELECTROSTÁTICO Y ENERGÍA  789 25.4 23.1 27.1 22. PREFACIO  XV MANUAL DEL USUARIO DE FÍSICA PARA INGENIERÍA Y CIENCIAS   XXIV PRELUDIO: EL MUNDO DE LA FÍSICA  XXXI 25.5 PARTE 4 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO  692 22.3 Resistividad de los materiales  868 27.3 24. CORRIENTES ELÉCTRICAS Y LA LEY DE OHM  858 27.2 25.3 Dieléctricos  838 26.3 25. carga por fricción o por inducción  708 26.5 Energía en circuitos.1 25.2 Capacitancia  829 Combinación de capacitores  834 26.2 Campo eléctrico de cargas puntuales  722 Campo eléctrico de distribuciones continuas de carga  729 Líneas de campo eléctrico  736 Movimiento en un campo eléctrico uniforme  740 Dipolo eléctrico en un campo eléctrico  742 La corriente eléctrica  859 Resistencia y la ley de Ohm  863 27.1 26.1 28.Contenido Los capítulos 1 a 21 aparecen en el volumen 1 y los capítulos 22 a 36 aparecen en el volumen 2.7* El circuito RC  907 28.2 24. 6* Instrumentos ópticos  1144 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1152 35.2* El 33.4 29. CARGAS Y CORRIENTES EN CAMPOS MAGNÉTICOS  964 30.2 Circuito capacitor  1035 32.indd 12 9/1/09 19:13:11 . ley de Lenz  1001 31.3 Torca sobre una espira  972 30.1 36.1 35.4* Circuitos de oscilaciones libres LC y RLC  1041 32.1 Inducción de campos magnéticos. REFRACCIÓN Y ÓPTICA  1111 30.XII 29.3 La fuerza magnética  928 El campo magnético  931 La ley de Ampère  938 Solenoides y electroimanes  943 La ley de Biot-Savart  948 pulso de la onda electromagnética  1075 Ondas planas.4 Generación de ondas electromagnéticas  1088 33.2 PARTE 5  ONDAS Y ÓPTICA  1068 33.3 Circuito inductor  1038 32.5* Circuitos en serie con fem alterna  1046 32.5 Lentes delgadas  1135 34.5* El efecto Hall  980 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  984 Construcción de Huygens  1113 Reflexión  1114 34.3 35. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA  993 31.6 El transformador  1053 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1057 PARTE 6 RELATIVIDAD.2 29.1 34.6 Cantidad de movimiento y energía relativistas  1239 36. FUERZA Y CAMPO MAGNÉTICO  926 29.5 Energía magnética  1013 31. REFLEXIÓN. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS  1070 33. ecuaciones de Maxwell  1071 La velocidad de la luz: el éter  1218 Principio de la relatividad de Einstein  1220 36.3 Refracción  1117 34.2* El Películas delgadas  1169 interferómetro de Michelson  1174 Interferencia desde dos ranuras  1177 Interferencia desde varias ranuras  1183 Difracción por una ranura simple  1190 Difracción por una abertura circular.4 Contracción de la longitud  1230 36.5 Energía de una onda  1092 33. polarización  1079 33.3 Algunos ejemplos.2 35. CUANTUMS Y PARTÍCULAS  1214 36.5 Las transformaciones de Lorentz y la combinación de velocidades  1232 36.2 Movimiento circular en un campo magnético uniforme  965 30.4 Magnetismo en materiales  976 30.3 29.5 35.1 29.4 35.3 Dilatación del tiempo  1224 36. CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA  1030 32. LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL  1216 36.6 Fem de movimiento  994 Ley de Faraday  997 31.1 34.6* El circuito RL  1015 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1018 35.1 31. criterio de Rayleigh  1196 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1199 32.1 Circuito resistor  1031 32.2 Fuerza sobre un alambre  969 30.7* Masa y energía  1242 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1244 00-Front Matters OHANIAN 2.4 Inductancia  1008 31.5 CONTENIDO 33.4 Espejos esféricos  1128 34. INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN  1168 31.6* La ecuación de onda  1096 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  1099 RESUMEN / PREGUNTAS / PROBLEMAS / PROBLEMAS DE REPASO / RESPUESTAS A LAS REVISIONES  951 34. 3 Integrales  A-12 A4.6 La serie de Taylor  A-18 Algunas aproximaciones  A-18 APÉNDICE 5: PROPAGACIÓN DE INCERTIDUMBRES A-19 Símbolos  A-1 Potencias y raíces  A-1 Aritmética en notación científica  A-2 Álgebra  A-3 Ecuaciones con dos incógnitas  A-5 La fórmula cuadrática  A-5 Logaritmos y la función exponencial  A-5 APÉNDICE 6: EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES A-21 A6.1 A3. áreas y volúmenes  A-7 Ángulos  A-7 A3.6 A2.2 Perímetros.4 A2.3 Prefijos  A-23 APÉNDICE 7: VALORES COMPLETOS DE CONSTANTES FUNDAMENTALES A-23 APÉNDICE 8: FACTORES DE CONVERSIÓN A-26 APÉNDICE 9: LA TABLA PERIÓDICA Y ELEMENTOS QUÍMICOS A-31 APÉNDICE 10: FORMULARIOS A-33 APÉNDICE 11: RESPUESTAS DE PROBLEMAS IMPARES Y PROBLEMAS DE REPASO A-34 CRÉDITOS FOTOGRáFicoS A-48 ÍNDICE I-1 APÉNDICE 3: REPASO DE GEOMETRÍA Y TRIGONOMETRÍA A-7 A3.2 A2.1 A2.1 A4.indd 13 9/1/09 19:13:11 .2 Derivadas  A-10 Reglas importantes de diferenciación  A-11 A4.5 Ley de los senos y ley de los cosenos  A-10 APÉNDICE 4: REPASO DE CÁLCULO A-10 A4.4 Reglas importantes para integración  A-15 00-Front Matters OHANIAN 2. CONTENIDO XIII APÉNDICES  a-1 APÉNDICE 1: ALFABETO GRIEGO  a-1 APÉNDICE 2: REPASO DE MATEMÁTICAS  a-1 A2.4 Identidades trigonométricas  A-9 A3.3 Las funciones trigonométricas  A-8 A3.5 A2.7 A4.3 A2.1 A6.5 A4.2 Unidades fundamentales o básicas  A-21 Unidades derivadas  A-23 A6. 00-Front Matters OHANIAN 2.indd 14 9/1/09 19:13:11 .