1. Constantes fundamentales Cantidad Smbolo Valor aproximado
Mejor valor actual Rapidez de la luz en el vaco c Constante
gravitacional G Nmero de Avogadro Constante de gas R Constante de
Boltzmann k Carga del electrn e Constante Stefan-Boltzmann
Permitividad del espacio libre Permeabilidad del espacio libre
Constante de Planck h Masa en reposo del electrn Masa en reposo del
protn Masa en reposo del neutrn Unidad de masa atmica CODATA
(1203), Peter J. Mohr y Barry N.Taylor, National Institute of
Standards and Technology. Los nmeros entre parntesis indican
incertidumbres experimentales de una desviacin estndar en los
dgitos finales. Los valores sin parntesis son exactos (es decir,
son cantidades definidas). = 931.494043(80) MeVc2 1.66053886(28) *
1027 kg1.6605 * 1027 kg = 931.5 MeVc2 = 1.00866491560(55) u= 939.6
MeVc2 1.67492728(29) * 1027 kg1.6749 * 1027 kg = 1.008665 umn =
1.00727646688(13) u= 938.3 MeVc2 1.67262171(29) * 1027 kg1.6726 *
1027 kg = 1.00728 ump = 5.4857990945(24) * 104 u= 0.511 MeVc2
9.1093826(16) * 1031 kg9.11 * 1031 kg = 0.000549 ume 6.6260693(11)
* 1034 Js6.63 * 1034 Js 1.2566370614 p * 106 TmA4p * 107 TmAm0
8.854187817 p * 1012 C2 Nm2 8.85 * 1012 C2 Nm2 0 = A1c2 m0B
5.670400(40) * 108 Wm2 K4 5.67 * 108 Wm2 K4 s 1.60217653(14) * 1019
C1.60 * 1019 C 1.3806505(24) * 1023 JK1.38 * 1023 JK = 0.0821
LatmmolK 8.314472(15) JmolK8.314 JmolK = 1.99 calmolK 6.0221415(10)
* 1023 mol1 6.02 * 1023 mol1 NA 6.6742(10) * 1011 Nm2 kg2 6.67 *
1011 Nm2 kg2 2.99792458 * 108 ms3.00 * 108 ms Otros datos tiles
Equivalente en joule (1 cal) 4.186 J Cero absoluto (0 K) Aceleracin
de la gravedad en la superficie de la Tierra (prom.) Rapidez del
sonido en el aire 343 Densidad del aire (seco) Tierra: Masa Radio
(medio) Luna: Masa Radio (medio) Sol: Masa Radio (medio) Distancia
Tierra-Sol (media) Distancia Tierra-Luna (media) 384 * 103 km 149.6
* 106 km 6.96 * 105 km 1.99 * 1030 kg 1.74 * 103 km 7.35 * 1022 kg
6.38 * 103 km 5.98 * 1024 kg 1.29 kgm3 ms 9.80 ms2 (= g) 273.15C El
alfabeto griego Alfa Beta Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta Iota
Kappa Lambda Mu m l k i u h z e d g b a Nu Xi Omicron Pi Rho Sigma
Tau Upsilon Phi Chi Psi Omega v c x f, w y t s r p o j n Valores de
algunos nmeros 1 rad = 57.2957795ln 10 = 2.302585113 = 1.7320508e =
2.7182818 log10 e = 0.4342945ln 2 = 0.693147212 = 1.4142136p =
3.1415927 Signos y smbolos matemticos Propiedades del agua Densidad
(4C) Calor de fusin (0C) ( ) Calor de vaporizacin (100C) ( ) Calor
especfico (15C) ndice de refraccin 1.33 (1.00 kcalkgC) 4186 JkgC
539 kcalkg 2260 kJkg 80 kcalkg 333 kJkg 1.000 kgm3 es proporcional
a es igual a es aproximadamente igual a no es igual a es mayor que
es mucho mayor que es menor que es mucho menor queV 6 W 7 Z L = r
es menor que o igual a es mayor que o igual a suma de valor
promedio de x cambio en x tiende a cero n! n(n - 1)(n - 2) p (1) xx
S 0 x x g
2. Frmulas geomtricas tiles. reas, volmenes Circunferencia de
crculo rea de crculo rea de rectngulo rea de paralelogramo rea de
tringulo Tringulo rectngulo (Pitgoras) Esfera: rea superficial
volumen Slido rectangular: volumen Cilindro (recto): rea
superficial volumen Cono circular recto: rea superficial volumen V
= 1 3 pr2 h A = pr2 + pr 3r2 + h2 V = pr2 l A = 2prl + 2pr2 V = lwh
V = 4 3 pr3 A = 4pr2 c2 = a2 + b2 A = 1 2 hb A = bh A = lw A = pr2
= pd2 4 C = pd = 2pr C d r l w h b h h b b h b a c lw h l r h r
Exponentes [Vase apndice A-2 para detalles] [Ejemplo: ] [Ejemplo: ]
[Ej.: ] an bn = a a b b n Aa5 BAa2 B = a3 = an-m Aan BAam B = an am
a 1 2 = 1a a 1 4 = 21a a1 = 1 a an = 1 an a0 = 1 c Ejemplo:
Ejemplo: Aa3 B 2 = a6 Aa 1 4B4 = a d Aan B m = anm Aa3 BAb3 B =
(ab)3 Aan BAbn B = (ab)n Aa3 BAa2 B = a5 Aan BAam B = an+m Frmula
cuadrtica [apndice A-4] La ecuacin con incgnita x en la forma tiene
soluciones x = b P 3b2 - 4ac 2a . ax2 + bx + c = 0, Expansin
binomial [apndice A-5] [para ] si [Ejemplo: ] [Ejemplo: ] 1 10.99 =
1 11 - 0.01 = (1 - 0.01) 1 2 L 1 - A 1 2B(0.01) L 1.005 (1 + 0.01)3
L 1.03 x V 1L 1 + nx x2 6 1(1 + x)n = 1 + nx + n(n - 1) 21 x2 + n(n
- 1)(n - 2) 321 x3 + p Logaritmos [apndice A-8; tabla p. A-11] Si
Si log an = n log a log a a b b = log a - log b log(ab) = log a +
log b y = ex , entonces x = loge y = ln y. y = 10x , entonces x =
log10 y = log y. Fracciones a a b b a c d b = ad bc a b = c d es lo
mismo que ad = bc Frmulas trigonomtricas [apndice A-7] tan u = op
ady cos u = ady hip sen u = op hip [para pequeos ] [para pequeos ]
Para cualquier tringulo: (ley de cosenos) (ley de senos) sen a a =
sen b b = sen g c c2 = a2 + b2 - 2ab cos g cos(A P B) = cos A cos
B7sen A sen B sen(A P B) = sen A cos B P cos A sen B u f 0.2 radcos
u L 1 - u2 2 u f 0.2 radsen u L u cos 1 2 u = 3(1 + cos u)2sen 1 2
u = 3(1 - cos u)2 cos(90 - u) = sen u sen(90 - u) = cos u cos(180 -
u) = cos usen(180 - u) = sen u hip (hipotenusa) ady (adyacente) op
(opuesto) c a b r (Teorema de Pitgoras) cos 2u = (cos2 u - sen2 u)
= (1 - 2 sen2 u) = (2 cos2 u - 1) sen 2u = 2 sen u cos u sen2 u +
cos2 u = 1 tan u = sen u cos u ady2 + op2 = hip2 f 0 6 u 6 90
3. Conversiones de unidades (equivalentes) Longitud 1 milla
nutica (EUA) 1 angstrom 1 ao luz (al) Volumen 1.057 (qt EUA) 61.02
in3 1 galn (EUA) 4 qt (EUA) 231 in3 3.785 L 1 cuarto (qt, EUA) 2
pintas (EUA) 946 mL 1 pinta (inglesa) 1.20 pintas (EUA) 568 mL
Rapidez ngulo 1 revmin (rpm) = 0.1047 rads 1 = 0.01745 rad 1 radin
(rad) = 57.30 = 5718 1 nudo = 1.151 mih = 0.5144 ms 1 ms = 3.281
fts = 3.600 kmh = 2.237 mih 1 fts = 0.305 ms = 0.682 mih 1 kmh =
0.278 ms = 0.621 mih 1 mih = 1.467 fts = 1.609 kmh = 0.447 ms 1 m3
= 35.31 ft3 0.8327 galn (ingls) 1 litro (L) = 1000 mL = 1000 cm3 =
1.0 * 103 m3 = 1 parsec = 3.26 al = 3.09 * 1016 m = 9.461 * 1015 m
() = 1010 m = 0.1 nm 1 fermi = 1 femtmetro (fm) = 1015 m = 1.151 mi
= 6076 ft = 1.852 km 1 km = 0.6214 mi 1 mi = 5280 ft = 1.609 km 1 m
= 39.37 in = 3.281 ft 1 ft = 30.48 cm 1 cm = 0.3937 in 1 in = 2.54
cm Tiempo Masa 1 unidad de masa atmica [1 kg tiene un peso de 2.20
lb donde ] Fuerza Energa y trabajo Potencia Presin 1 Pa = 1 Nm2 =
1.45 * 104 lbin2 1 lbin2 = 6.90 * 103 Nm2 = 14.7 lbin2 = 760 torr 1
atm = 1.013 bar = 1.013 * 105 Nm2 1 hp = 550 ftlbs = 746 W 1 W = 1
Js = 0.738 ftlbs = 3.42 Btuh 1 kWh = 3.60 * 106 J = 860 kcal 1 eV =
1.602 * 1019 J 1 kcal = 4.186 * 103 J = 3.97 Btu 1 ftlb = 1.36 J =
1.29 * 103 Btu = 3.24 * 104 kcal 1 J = 107 ergs = 0.738 ftlb 1 N =
105 dina = 0.225 lb 1 lb = 4.45 N g = 9.80 ms2 . 1 kg = 0.0685 slug
(u) = 1.6605 * 1027 kg 1 ao = 3.156 * 107 s 1 da = 8.64 * 104 s
Unidades SI derivadas y sus abreviaturas En trminos de Cantidad
Unidad Abreviatura unidades base Fuerza newton N Energa y trabajo
joule J Potencia watt W Presin pascal Pa Frecuencia hertz Hz Carga
elctrica coulomb C Potencial elctrico volt V Resistencia elctrica
ohm Capacitancia farad F Campo magntico tesla T Flujo magntico
weber Wb Inductancia henry H kg kilogramo (masa), m metro
(longitud), s segundo (tiempo),A ampere (corriente elctrica). kgm2
As2 A2 B kgm2 AAs2 B kgAAs2 B A2 s4 Akgm2 B kgm2 AA2 s3 B kgm2 AAs3
B As s1 kgAms2 B kgm2 s3 kgm2 s2 kgms2 Multiplicadores mtricos (SI)
Prefijo Abreviatura Valor yotta Y zeta Z exa E peta P tera T giga G
mega M kilo k hecto h deka da deci d centi c mili m micro nano n
pico p femto f atto a zepto z yocto y 1024 1021 1018 1015 1012 109
106 m 103 102 101 101 102 103 106 109 1012 1015 1018 1021 1024
4. FSICA 2PRINCIPIOS CON APLICACIONES
5. FSICA 2PRINCIPIOS CON APLICACIONES SEXTA EDICIN DOUGLAS C.
GIANCOLI REVISIN TCNICA: Agustn Vzquez Snchez InstitutoTecnolgico y
de Estudios Superiores de Monterrey Campus Estado de Mxico Alberto
Lima Snchez Profesor de Fsica Preparatoria-Universidad La Salle
Tufik Zambrano Profesor de Fsica Gimnasio la Fontana Bogot,
Colombia Jos Vicente Contreras Julio Profesor de Fsica y Matemticas
Seccin Bachillerato Gimnasio Britnico Bogot, Colombia Sebastin
Torres Gutirrez Profesor de Fsica Colegio Jordn de Sajonia Bogot,
Colombia Hernando Julio Garrido Insignares Profesor de Fsica
InstitutoTcnico Central Bogot, Colombia TRADUCCIN: Vctor Campos
Olgun Traductor profesional
6. Editor-in-Chief, Science: John Challice Senior Acquisitions
Editor: Erik Fahlgren Senior Development Editor: Karen Karlin Vice
President of Production and Manufacturing: David Riccardi Executive
Managing Editor: Kathleen Schiaparelli Senior Production Editor:
Susan Fisher Production Editor: Chirag Thakkar Manufacturing
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Media Editor: Michael J. Richards Director of Creative Services:
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Illustration: Artworks Marketing Manager: Mark Pfaltzgraff
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Research Center: Melinda Reo Photo Research: Mary Teresa Giancoli
and Jerry Marshall Manager, Rights and Permissions: Cynthia
Vincenti Copy Editor: Jocelyn Phillips Indexer: Steele/Katigbak
Editorial Assistant: Andrew Sobel Composition: Emilcomp srl /
Prepare Inc. Datos de catalogacin bibliogrfica GIANCOLI, C. DOUGLAS
FSICA 2. Principios con aplicaciones. Sexta edicin PEARSON
EDUCACIN, Mxico, 2009 ISBN: 978-970-26-1578-1 rea: Universitarios
Formato: 21 27 cm Pginas: 528 Authorized translation from the
English language edition, entitled Physics: principles with
applications 6th ed., by Douglas C. Giancoli, published by Pearson
Education, Inc., publishing as PRENTICE HALL, INC., Copyright 2005.
All rights reserved. ISBN 0-13-060620-0 Traduccin autorizada de la
edicin en idioma ingls, titulada Physics: principles with
applications 6a. ed., de Douglas C. Giancoli, publicada por Pearson
Education, Inc., publicada como PRENTICE HALL, INC., Copyright
2005. Todos los derechos reservados. Esta edicin en espaol es la
nica autorizada. Edicin en espaol Editor: Enrique Quintanar Duarte
e-mail: [email protected] Editor de desarrollo:
Felipe Hernndez Carrasco Supervisor de produccin: Jos D. Hernndez
Garduo SEXTA EDICIN, 2009 D.R. 2009 por Pearson Educacin de Mxico,
S.A. de C.V. Atlacomulco nm. 500 5 piso Col. Industrial Atoto
53519, Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico Cmara Nacional de la
Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031 Prentice Hall es una
marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta
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medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o
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previo por escrito del editor. El prstamo, alquiler o cualquier
otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la
autorizacin del editor o de sus representantes. ISBN 10:
970-26-1578-X ISBN 13: 978-970-26-1578-1 Impreso en Mxico. Printed
in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 12 11 10 09
7. vii CONTENIDO LISTA DE APLICACIONES xiii PREFACIO xv
COMPLEMENTOS Y MEDIOS AUDIOVISUALES DISPONIBLES xxiii NOTAS A LOS
ESTUDIANTES (Y PROFESORES) ACERCA DEL FORMATO xxvii VOLUMEN 1 1
INTRODUCCIN, MEDICIN, ESTIMACIN 1 1-1 La naturaleza de la ciencia 1
1-2 La fsica y su relacin con otros campos 3 1-3 Modelos, teoras y
leyes 4 1-4 Medicin e incertidumbre; cifras significativas 5 1-5
Unidades, estndares y el sistema SI 8 1-6 Conversin de unidades 10
1-7 Orden de magnitud: estimacin rpida 12 *1-8 Dimensiones y
anlisis dimensional 14 RESUMEN 15 PREGUNTAS 16 PROBLEMAS 16
PROBLEMAS GENERALES 17 2 DESCRIPCIN DEL MOVIMIENTO: CINEMTICA EN
UNA DIMENSIN 19 2-1 Marcos de referencia y desplazamiento 20 2-2
Velocidad promedio 21 2-3 Velocidad instantnea 23 2-4 Aceleracin 23
2-5 Movimiento con aceleracin constante 26 2-6 Resolucin de
problemas 28 2-7 Cada de objetos 31 *2-8 Anlisis grfico del
movimiento lineal 36 RESUMEN 38 PREGUNTAS 38 PROBLEMAS 39 PROBLEMAS
GENERALES 42 3 CINEMTICA EN DOS DIMENSIONES; VECTORES 45 3-1
Vectores y escalares 45 3-2 Suma de vectores: mtodos grficos 46 3-3
Resta de vectores y multiplicacin de un vector por un escalar 48
3-4 Suma de vectores por medio de componentes 49 3-5 Movimiento de
proyectiles 54 3-6 Resolucin de problemas que implican el
movimiento de proyectiles 56 *3-7 El movimiento de proyectiles es
parablico 62 *3-8 Velocidad relativa 62 RESUMEN 64 PREGUNTAS 65
PROBLEMAS 65 PROBLEMAS GENERALES 69 4 DINMICA: LEYES DEL MOVIMIENTO
DE NEWTON 72 4-1 Fuerza 72 4-2 Primera ley del movimiento de Newton
73 4-3 Masa 75 4-4 Segunda ley del movimiento de Newton 75 4-5
Tercera ley del movimiento de Newton 77 4-6 Peso: la fuerza de
gravedad y la fuerza normal 80 4-7 Resolucin de problemas con las
leyes de Newton: diagramas de cuerpo libre 84 4-8 Problemas que
implican friccin y planos inclinados 90 4-9 Resolucin de problemas:
Un enfoque general 96 RESUMEN 96 PREGUNTAS 97 PROBLEMAS 98
PROBLEMAS GENERALES 103 5 MOVIMIENTO CIRCULAR Y GRAVITACIN 106 5-1
Cinemtica del movimiento circular uniforme 106 5-2 Dinmica del
movimiento circular uniforme 109 5-3 Curvas en las autopistas,
peraltadas y sin peralte 112 *5-4 Movimiento circular no uniforme
115 *5-5 Centrifugacin 116 5-6 Ley de la gravitacin universal de
Newton 117 5-7 Gravedad cerca de la superficie de la Tierra;
aplicaciones geofsicas 121 5-8 Los satlites y la ingravidez 122
*5-9 Leyes de Kepler y sntesis de Newton 125 5-10 Tipos de fuerzas
en la naturaleza 128 RESUMEN 128 PREGUNTAS 129 PROBLEMAS 130
PROBLEMAS GENERALES 133
8. 6 TRABAJO Y ENERGA 136 6-1 Trabajo realizado por una fuerza
constante 137 *6-2 Trabajo realizado por una fuerza variable 141
6-3 Energa cintica y el principio trabajo-energa 141 6-4 Energa
potencial 144 6-5 Fuerzas conservativas y no conservativas 148 6-6
Energa mecnica y su conservacin 149 6-7 Resolucin de problemas a
partir de la conservacin de la energa mecnica 150 6-8 Otras formas
de energa; transformaciones de energa y la ley de conservacin de la
energa 155 6-9 Conservacin de energa con fuerzas disipativas:
Resolucin de problemas 156 6-10 Potencia 158 RESUMEN 160 PREGUNTAS
160 PROBLEMAS 162 PROBLEMAS GENERALES 165 7 CANTIDAD DE MOVIMIENTO
LINEAL 167 7-1 Cantidad de movimiento y su relacin con la fuerza
168 7-2 Conservacin de la cantidad de movimiento 170 7-3 Colisiones
e impulso 173 7-4 Conservacin de la energa y de la cantidad de
movimiento en colisiones 175 7-5 Colisiones elsticas en una
dimensin 176 7-6 Colisiones inelsticas 178 *7-7 Colisiones en dos o
tres dimensiones 179 7-8 Centro de masa (CM) 182 *7-9 CM del cuerpo
humano 184 *7-10 Centro de masa y movimiento de traslacin 185
RESUMEN 187 PREGUNTAS 187 PROBLEMAS 188 PROBLEMAS GENERALES 192 8
MOVIMIENTO DE ROTACIN 194 8-1 Cantidades angulares 195 8-2
Aceleracin angular constante 201 8-3 Movimiento de rodamiento (sin
deslizamiento) 202 8-4 Torca 203 8-5 Dinmica de rotacin; torca e
inercia de rotacin 206 8-6 Resolucin de problemas de dinmica de
rotacin 208 8-7 Energa cintica de rotacin 210 8-8 Cantidad de
movimiento angular y su conservacin 213 *8-9 Naturaleza vectorial
de las cantidades angulares 215 RESUMEN 217 PREGUNTAS 217 PROBLEMAS
219 PROBLEMAS GENERALES 223 9 EQUILIBRIO ESTTICO; ELASTICIDAD Y
FRACTURA 226 9-1 Condiciones para el equilibrio 227 9-2 Resolucin
de problemas estticos 229 *9-3 Aplicaciones a msculos y
articulaciones 234 9-4 Estabilidad y balance 236 *9-5 Elasticidad;
tensin y deformacin 237 *9-6 Fractura 241 *9-7 Cubrir un espacio:
arcos y domos 243 RESUMEN 246 PREGUNTAS 246 PROBLEMAS 247 PROBLEMAS
GENERALES 252 10 FLUIDOS 255 10-1 Fases de la materia 255 10-2
Densidad y gravedad especfica 256 10-3 Presin en fluidos 257 10-4
Presin atmosfrica y presin manomtrica 259 10-5 Principio de Pascal
260 10-6 Medicin de presin; manmetros y el barmetro 260 10-7
Flotabilidad y principio de Arqumedes 263 10-8 Fluidos en
movimiento; tasa de flujo y ecuacin de continuidad 268 10-9 Ecuacin
de Bernoulli 270 10-10 Aplicaciones del principio de Bernoulli: de
Torricelli a los aviones, las pelotas de bisbol y la isquemia 272
*10-11 Viscosidad 274 *10-12 Flujo en tubos: ecuacin de Poiseuille,
flujo sanguneo 275 *10-13 Tensin superficial y capilaridad 276
*10-14 Bombas y el corazn 278 RESUMEN 279 PREGUNTAS 280 PROBLEMAS
281 PROBLEMAS GENERALES 284 viii CONTENIDO
9. 11 VIBRACIONES Y ONDAS 286 11-1 Movimiento armnico simple
287 11-2 La energa en el oscilador armnico simple 289 11-3 El
periodo y la naturaleza sinusoidal del MAS 292 11-4 El pndulo
simple 296 11-5 Movimiento armnico amortiguado 298 11-6 Vibraciones
forzadas; resonancia 299 11-7 Movimiento ondulatorio 300 11-8 Tipos
de ondas: transversales y longitudinales 303 11-9 Energa
transportada por las ondas 305 *11-10 Intensidad relacionada con la
amplitud y la frecuencia 306 11-11 Reflexin y transmisin de ondas
307 11-12 Interferencia; principio de superposicin 308 11-13 Ondas
estacionarias; resonancia 310 *11-14 Refraccin 312 *11-15 Difraccin
313 *11-16 Representacin matemtica de una onda viajera 314 RESUMEN
315 PREGUNTAS 316 PROBLEMAS 317 PROBLEMAS GENERALES 320 VOLUMEN 2
12 SONIDO 322 12-1 Caractersticas del sonido 322 12-2 Intensidad
del sonido: decibeles 325 *12-3 El odo y su respuesta; intensidad
328 12-4 Fuentes de sonido: cuerdas que vibran y columnas de aire
329 *12-5 Calidad del sonido y ruido; superposicin 334 12-6
Interferencia de ondas sonoras; batimientos 335 12-7 Efecto Doppler
338 *12-8 Ondas de choque y estampido supersnico 342 *12-9
Aplicaciones: sonar, ultrasonido y formacin de imgenes en medicina
343 RESUMEN 345 PREGUNTAS 346 PROBLEMAS 347 PROBLEMAS GENERALES 349
13 TEMPERATURA Y TEORA CINTICA 352 13-1 Teora atmica de la materia
352 13-2 Temperatura y termmetros 354 *13-3 El equilibrio trmico y
la ley cero de la termodinmica 357 13-4 Expansin trmica 357 *13-5
Tensiones trmicas 361 13-6 Las leyes de los gases y la temperatura
absoluta 361 13-7 La ley del gas ideal 363 13-8 Resolucin de
problemas con la ley del gas ideal 364 13-9 La ley del gas ideal en
trminos de molculas: nmero de Avogadro 366 13-10 La teora cintica y
la interpretacin molecular de la temperatura 367 *13-11 Distribucin
de la rapidez molecular 371 *13-12 Gases reales y cambios de fase
371 *13-13 Presin de vapor y humedad 373 *13-14 Difusin 376 RESUMEN
378 PREGUNTAS 379 PROBLEMAS 380 PROBLEMAS GENERALES 382 14 CALOR
384 14-1 El calor como transferencia de energa 385 14-2 Energa
interna 386 14-3 Calor especfico 387 14-4 Calorimetra. Resolucin de
problemas 388 14-5 Calor latente 391 14-6 Transferencia de calor:
conduccin 395 14-7 Transferencia de calor: conveccin 397 14-8
Transferencia de calor: radiacin 399 RESUMEN 403 PREGUNTAS 403
PROBLEMAS 404 PROBLEMAS GENERALES 406 15 LAS LEYES DE LA
TERMODINMICA 408 15-1 La primera ley de la termodinmica 409 15-2
Procesos termodinmicos y la primera ley 410 *15-3 Metabolismo
humano y la primera ley 414 15-4 Segunda ley de la termodinmica.
Introduccin 415 15-5 Mquinas trmicas 416 15-6 Refrigeradores,
acondicionadores de aire y bombas trmicas 421 15-7 Entropa y
segunda ley de la termodinmica 424 15-8 Del orden al desorden 426
15-9 Agotamiento de energa; muerte trmica 426 *15-10 Evolucin y
crecimiento; flecha del tiempo 427 CONTENIDO ix
10. *15-11 Interpretacin estadstica de la entropa y de la
segunda ley 428 *15-12 Contaminacin trmica y calentamiento global
430 RESUMEN 432 PREGUNTAS 433 PROBLEMAS 433 PROBLEMAS GENERALES 436
16 CARGA ELCTRICA Y CAMPO ELCTRICO 439 16-1 Electricidad esttica;
carga elctrica y su conservacin 440 16-2 Carga elctrica en el tomo
441 16-3 Aisladores y conductores 441 16-4 Carga inducida; el
electroscopio 442 16-5 Ley de Coulomb 444 16-6 Resolucin de
problemas en los que participan la ley de Coulomb y vectores 447
16-7 El campo elctrico 450 16-8 Lneas de campo 454 16-9 Campos
elctricos y conductores 456 *16-10 Ley de Gauss 457 *16-11 Fuerzas
elctricas en biologa molecular: estructura y replicacin del ADN 460
*16-12 Las mquinas de fotocopiado y las impresoras de computadora
usan electrosttica 462 RESUMEN 463 PREGUNTAS 464 PROBLEMAS 465
PROBLEMAS GENERALES 468 17 POTENCIAL ELCTRICO 470 17-1 Energa
potencial elctrica y diferencia de potencial 470 17-2 Relacin entre
potencial elctrico y campo elctrico 474 17-3 Lneas equipotenciales
474 17-4 El electronvolt, una unidad de energa 476 17-5 Potencial
elctrico debido a cargas puntuales 476 *17-6 Potencial debido a
dipolo elctrico; momento de dipolo 479 17-7 Capacitancia 480 17-8
Dielctricos 482 17-9 Almacenamiento de energa elctrica 484 *17-10
Tubo de rayos catdicos: monitores de televisin, computadoras y
osciloscopio 485 *17-11 El electrocardiograma (ECG) 487 RESUMEN 488
PREGUNTAS 488 PROBLEMAS 489 PROBLEMAS GENERALES 491 18 CORRIENTES
ELCTRICAS 493 18-1 La batera elctrica 494 18-2 Corriente elctrica
496 18-3 Ley de Ohm: resistencia y resistores 498 18-4 Resistividad
500 18-5 Potencia elctrica 502 18-6 Potencia en circuitos caseros
505 18-7 Corriente alterna 506 *18-8 Visin microscpica de la
corriente elctrica 509 *18-9 Superconductividad 510 *18-10
Conduccin elctrica en el sistema nervioso humano 510 RESUMEN 514
PREGUNTAS 514 PROBLEMAS 515 PROBLEMAS GENERALES 518 19 CIRCUITOS CD
520 19-1 Fem y voltaje en terminales 520 19-2 Resistores en serie y
en paralelo 522 19-3 Reglas de Kirchhoff 528 *19-4 Fem en serie y
en paralelo; cmo cargar una batera 532 19-5 Circuitos que contienen
capacitores en serie y en paralelo 533 19-6 Circuitos RC. Resistor
y capacitor en serie 535 19-7 Riesgos elctricos 538 *19-8
Ampermetros y voltmetros 541 RESUMEN 545 PREGUNTAS 545 PROBLEMAS
547 PROBLEMAS GENERALES 551 20 MAGNETISMO 554 20-1 Imanes y campos
magnticos 554 20-2 Las corrientes elctricas producen campos
magnticos 557 20-3 Fuerza sobre una corriente elctrica en un campo
magntico; definicin de 558 20-4 Fuerza sobre una carga elctrica que
se mueve en un campo magntico 560 20-5 Campo magntico debido a un
largo alambre recto 563 20-6 Fuerza entre dos alambres paralelos
565 20-7 Solenoides y electroimanes 567 *20-8 Ley de Ampre 568 B B
x CONTENIDO
11. *20-9 Torca sobre un lazo de corriente; momento magntico
570 *20-10 Aplicaciones: galvanmetros, motores, bocinas 571 *20-11
Espectrmetro de masas 572 20-12 Ferromagnetismo: dominios e
histresis 573 RESUMEN 575 PREGUNTAS 576 PROBLEMAS 577 PROBLEMAS
GENERALES 581 21 INDUCCIN ELECTROMAGNTICA Y LEY DE FARADAY 584 21-1
Fem inducida 584 21-2 Ley de induccin de Faraday; ley de Lenz 586
21-3 Fem inducida en un conductor en movimiento 590 21-4 El flujo
magntico variable produce un campo elctrico 591 21-5 Generadores
elctricos 592 *21-6 Fuerza contraelectromotriz y contra torca;
corrientes parsitas 593 21-7 Transformadores y transmisin de
potencia 595 21-8 Aplicaciones de la induccin: sistemas de sonido,
memoria de computadora, sismgrafo, GFCI 598 *21-9 Inductancia 600
*21-10 Energa almacenada en un campo magntico 602 *21-11 Circuito
LR 602 *21-12 Circuitos CA y reactancia 603 *21-13 Circuito CA LRC
en serie 606 *21-14 Resonancia en circuitos CA 608 RESUMEN 608
PREGUNTAS 609 PROBLEMAS 610 PROBLEMAS GENERALES 613 22 ONDAS
ELECTROMAGNTICAS 615 22-1 Los campos elctricos variables producen
campos magnticos; ecuaciones de Maxwell 616 22-2 Produccin de ondas
electromagnticas 617 22-3 La luz como una onda electromagntica y el
espectro electromagntico 619 22-4 Medicin de la rapidez de la luz
622 *22-5 Energa en ondas EM 623 *22-6 Transferencia de cantidad de
movimiento y presin de radiacin 625 *22-7 Radio y televisin,
comunicacin inalmbrica 626 RESUMEN 629 PREGUNTAS 629 PROBLEMAS 629
PROBLEMAS GENERALES 631 23 LUZ: PTICA GEOMTRICA 632 23-1 El modelo
de rayos de la luz 632 23-2 Reflexin; formacin de una imagen por
medio de un espejo plano 633 23-3 Formacin de imgenes por medio de
espejos esfricos 635 23-4 ndice de refraccin 642 23-5 Refraccin:
ley de Snell 642 23-6 Reflexin interna total; fibras pticas 645
23-7 Lentes delgadas; trazado con rayos 647 23-8 Ecuacin de lentes
delgadas; amplificacin 650 *23-9 Combinaciones de lentes 654 *23-10
La ecuacin del fabricante de lentes 656 RESUMEN 656 PREGUNTAS 657
PROBLEMAS 658 PROBLEMAS GENERALES 662 24 LA NATURALEZA ONDULATORIA
DE LA LUZ 664 24-1 Ondas frente a partculas; el principio de
Huygens y la difraccin 665 *24-2 El principio de Huygens y la ley
de refraccin 666 24-3 Interferencia. Experimento de doble rendija
de Young 668 24-4 Espectro visible y dispersin 671 24-5 Difraccin
por medio de una sola rendija o disco 673 24-6 Rejilla de difraccin
676 *24-7 El espectrmetro y espectroscopia 678 24-8 Interferencia
por medio de pelculas delgadas 679 *24-9 Interfermetro Michelson
684 24-10 Polarizacin 684 *24-11 Pantallas de cristal lquido (LCD)
688 *24-12 Dispersin de luz por la atmsfera 690 RESUMEN 690
PREGUNTAS 691 PROBLEMAS 692 PROBLEMAS GENERALES 694 25 INSTRUMENTOS
PTICOS 696 25-1 Cmaras, de pelcula y digitales 697 25-2 El ojo
humano; lentes correctivos 701 25-3 Lente de aumento 704 CONTENIDO
xi
12. 25-4 Telescopios 706 *25-5 Microscopio compuesto 708 *25-6
Aberraciones de lentes y espejos 710 25-7 Lmites de resolucin;
aberturas circulares 711 25-8 Resolucin de telescopios y
microscopios; el lmite l 714 25-9 Resolucin del ojo humano y
amplificacin til 715 *25-10 Microscopios de especialidad y
contraste 716 *25-11 Rayos X y difraccin de rayos X 717 *25-12
Formacin de imgenes con rayos X y tomografa computarizada
(exploracin CT) 718 RESUMEN 721 PREGUNTAS 722 PROBLEMAS 722
PROBLEMAS GENERALES 725 26 LA TEORA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD 726
26-1 Relatividad galileana-newtoniana 727 26-2 Postulados de la
teora especial de la relatividad 730 26-3 Simultaneidad 731 26-4 La
dilatacin del tiempo y la paradoja de los gemelos 734 26-5
Contraccin de la longitud 740 *26-6 Espacio-tiempo
cuatridimensional 742 26-7 Cantidad de movimiento y masa
relativistas 742 26-8 La rapidez ltima 743 26-9 E mc2 ; masa y
energa 744 26-10 Suma relativista de velocidades 748 26-11 El
impacto de la relatividad especial 748 RESUMEN 749 PREGUNTAS 750
PROBLEMAS 751 PROBLEMAS GENERALES 752 APNDICES A REPASO MATEMTICO
A-1 A-1 Relaciones, proporcionalidad y ecuaciones A-1 A-2
Exponentes A-2 A-3 Potencias de 10 o notacin exponencial A-3 A-4
lgebra A-3 A-5 La expansin binomial A-6 A-6 Geometra plana A-7 A-7
Funciones trigonomtricas e identidades A-8 A-8 Logaritmos A-10 B
ISTOPOS SELECCIONADOS A-12 C MARCOS DE REFERENCIA EN ROTACIN;
FUERZAS INERCIALES; EFECTO CORIOLIS A-16 D CALORES ESPECFICOS
MOLARES PARA GASES Y LA EQUIPARTICIN DE LA ENERGA A-20 E
TRANSFORMACIONES GALILEANAS Y DE LORENTZ A-23 RESPUESTAS A
PROBLEMAS CON NMERO IMPAR A-27 NDICE A-40 CRDITOS DE FOTOGRAFAS
A-51 xii CONTENIDO
13. APLICACIONES xiii APLICACIONES A LA BIOLOGA Y LA MEDICINA
Captulo 1 Estimacin del nmero de latidos en una vida 13 Captulo 4
Cmo caminamos 79 Captulo 5 Centrifugado 116, 201 Captulo 7 No se
rompa una pierna 174 Centro de masa de partes del cuerpo 184
Captulo 8 Torca del bceps 205, 221 Captulo 9 Enderezamiento de
dientes 227 Fuerzas en msculos y articulaciones 234 Insercin de
msculo y palanca de brazo 234 Columna vertebral,dolor de espalda
235 Equilibrio del cuerpo 236 Captulo 10 Suspensin del cuerpo en el
agua 255 Circulacin sangunea 269 Falta de sangre en el cerebro:
isquemia 273 Flujo sanguneo y enfermedad cardiaca 275 Insecto sobre
la superficie del agua 276 El corazn como bomba 278 Presin sangunea
278 Captulo 11 Telaraa 293 Ecolocalizacin en ballenas y murcilagos
304 Captulo 12 Amplio rango de la audicin humana 325, 329 El odo
humano y su sensibilidad 328 Medicin Doppler del flujo sanguneo y
otros usos mdicos 341 Formacin de imgenes mdicas por medio de
ultrasonido 344 Captulo 13 La vida bajo el hielo 360 Molculas en
una respiracin 367 La evaporacin enfra 374, 395 Difusin en
organismos vivos 378 Captulo 14 Quema de caloras 386 Conveccin por
medio de la sangre 399 Prdida de calor radiado de los humanos 400
Termografa mdica 402 Captulo 15 Energa en el cuerpo humano 414
Evolucin biolgica y desarrollo 427 Captulo 16 Clulas: fuerzas
elctricas ms teora cintica 460 Estructura y replicacin del ADN 460
Captulo 17 Dipolos en biologa molecular 480 Quemadura o choque por
capacitor 485 Defibrilador cardiaco 485 Electrocardiograma (ECG)
487 Captulo 18 Conduccin elctrica en el sistema nervioso humano 510
Captulo 19 Marcapasos cardiaco 538 Choque elctrico, conduccin a
tierra y seguridad 539 Captulo 21 Medicin em del flujo sanguneo 590
Interruptores de circuito para falla a tierra 599 Marcapasos 599
Captulo 22 Pinzas pticas 626 Captulo 23 Endoscopios mdicos (fibras
pticas) 646 Captulo 25 Ojo humano 701 Lentes correctivos 702 Lentes
de contacto 703 Cmo ver bajo el agua 704 Microscopios de luz 708
Resolucin del ojo humano 713 Difraccin de rayos X en biologa 718
Imgenes de rayos X 718 Exploracin TAC 719 APLICACIONES A OTROS
CAMPOS Y A LA VIDA COTIDIANA Captulo 1 Los picos de 8000 m 10
Estimacin del volumen de un lago 12 Estimacin de la altura por
medio de triangulacin 13 Captulo 2 Diseo de pistas de aterrizaje de
aeropuertos 27 Seguridad automovilstica: bolsas de aire 29
Distancias de frenado 30 Trnsito rpido 42 Captulo 3 Cmo patear un
baln de ftbol 58, 61 Deportes de pelotas 66, 67, 70, 71 Captulo 4
Aceleracin de un cohete 78 Qu fuerza acelera a un automvil? 79
Elevador y contrapeso 88 Ventaja mecnica de la polea 89 Ascensin de
montaas 102, 105 Captulo 5 Derrapar en una curva 113 Frenos
antibloqueo 113 Curvas peraltadas 114 Aplicaciones geofsicas 122
Satlites terrestres artificiales 122 Satlites geosincrnicos 123
Ingravidez 124 Captulo 6 Distancia de frenado de un automvil 144
Montaa rusa 151, 157 Salto con garrocha 152 Pistola de dardos 153
Potencia de automvil 159 Palanca 162 Captulo 7 Servicio de tenis
169, 173 Retroceso de un arma 172 Cohetes 172, 186 Salto alto 185
Captulo 8 Disco duro y rapidez de bit 200 Patinador, clavadista en
rotacin 214 Colapso de estrella de neutrones 215 Captulo 9 Palanca
229 Puente levadizo 231 Concreto reforzado y pretensado 242 Colapso
trgico 242 Arcos y domos 243 a v2 Captulo 10 Frenos de automvil,
elevador hidrulico 260 Hidrmetro 266 Alas de avin, sustentacin 272
Navegacin contra el viento 273 Una curva de bisbol 273 Tensin
superficial, capilaridad 277 Jabones y detergentes 277 Bombas 278
Captulo 11 Reloj de pndulo 297 Muelles, amortiguadores de edificios
298 Colapso de puente resonante 299 Terremotos 304, 305, 306, 313
Captulo 12 Distancia desde un relmpago 323 Cmara de autofoco 324
Instrumentos musicales, de cuerda y de viento 329 Ruido del viento
334 Afinacin con pulsos 337 Efecto Doppler,prediccin del clima 341
Corrimiento al rojo en cosmologa 342 Estampido supersnico 342 Sonar
343
14. Captulo 13 Juntas de expansin 354 Apertura de una tapa
apretada 359 Desbordamiento del tanque de gasolina 359 Peralte de
autopista 361 Masa (y peso) del aire en una habitacin 365 Presin en
una llanta caliente 366 Reacciones qumicas, dependencia de la
temperatura 371 Superfluidez 373 Humedad, clima 375, 376 Termostato
379 Captulo 14 Prdida de calor a travs de las ventanas 396 Ventanas
trmicas 397 Valores R de aisladores trmicos 397 Cmo asla la ropa
397, 399 Calentamiento convectivo de una casa 398 Conveccin en una
pendiente 398 Radiacin del Sol 401, 402 Astronoma: tamao de una
estrella 402 Captulo 15 Motor de vapor 416 Motor de combustin
interna 417 Refrigerador 421 Acondicionador de aire 422 Bomba
trmica 423 Clasificacin SEER 423 Contaminacin trmica, calentamiento
global 430 Recursos energticos 430 Captulo 16 Proteccin elctrica,
seguridad 457 Mquinas fotocopiadoras 462 Impresoras lser e
impresoras de inyeccin de tinta 463 Captulo 17 Capacitores en
flashes de las cmaras, respaldos, protectores ante excesos de
carga, memoria, teclados 480, 481, 482, 484 Sper alta capacitancia
482 TRC: monitores de televisin y computadoras 486 Osciloscopio 486
Fotocelda 492 Captulo 18 Alambres de bocinas 501 Termmetro de
resistencia 502 Elemento de calentamiento, filamento de bombilla
elctrica 503 Por qu las bombillas se queman cuando se encienden por
primera vez 503 El relmpago 504 Circuitos domsticos 505 Fusibles y
disyuntores 505 Cortos y seguridad 506 Extensiones 506 Secadores de
cabello 508 Superconductores 510 Captulo 19 Cmo cargar una batera
de automvil 532 Paso de corriente a un automvil 532 Luces
intermitentes,limpiaparabrisas 537 Riesgos elctricos 538 Alambres
de tierra y clavijas 540 Corriente de fuga 541 Lneas de energa
elctrica cadas 541 Medidores digitales y analgicos 541, 544 Conexin
de medidores, correcciones 543-544 Condensador de micrfono 546
Captulo 20 Uso de brjula, declinacin magntica 556 Aurora boreal 563
Electroimanes y solenoides 567 Interrupcin por medio de solenoides
567 Interruptores magnticos de circuitos 567 Motores 571, 572
Altavoces 572 Espectrmetro de masas 572 Bombeo electromagntico 576
Rel 577 Captulo 21 Estufa de induccin 588 Alternadores de automvil
592 Corriente de encendido de motor 593 Sobrecarga de motor 594
Amortiguado de corrientes parsitas 594 Detector de metales de los
aeropuertos 595 Transformadores de radio 596 Transmisin de energa
elctrica 597 Micrfono magntico 598 Lectura/escritura en cinta y
discos 598 Codificacin digital 598 Lectora de tarjeta de crdito 599
Sismgrafo 599 GFCI (interruptor del circuito para falla de conexin
a tierra) 599 Capacitores como filtros 605 Resonancia elctrica 608
Captulo 22 Transmisin AM y FM 627 Sintonizacin de una estacin 627
Antenas 628 Telfonos celulares, control remoto, televisin por cable
y por satlite 628 Captulo 23 Qu tamao de espejo necesita 635 Dnde
se puede ver usted mismo en un espejo cncavo 639 Usos de espejos
curvos 635, 640, 641 Ilusiones pticas 643 Profundidad aparente del
agua 644 Fibras pticas en telecomunicaciones 646 Dnde se puede ver
una imagen formada por una lente 649 Captulo 24 Espejismos en la
carretera 667 Arcos iris y diamantes 672 Anlisis espectroscpico 679
Pompas de jabn y pelculas de aceite 679 Recubrimiento de lentes 682
Polaroids 684 Cmo ver hacia el ro 687 Pantallas de cristal lquido
(LCD) 688 Por qu el cielo es azul, los atardeceres rojos y las
nubes blancas 690 Captulo 25 Cmaras digitales, ccd, artefactos 697
Ajustes de cmara 698 Telescopios 706 Microscopios 708 Telescopio
Espacial Hubble 713 Resolucin de telescopio 714 Microscopios
especiales 716 Usos de la difraccin de rayos X 718 Captulo 26
Sistema de posicionamiento global (GPS) 739 xiv APLICACIONES
RECUADROS DE RESOLUCIN DE PROBLEMAS Captulo 2 Resolucin de
problemas 28 Captulo 3 Resolucin de problemas: suma de vectores 53
Resolucin de problemas: movimiento de proyectiles 56 Captulo 4
Resolucin de problemas: leyes de Newton; diagramas de cuerpo libre
85 Resolucin de problemas: en general 96 Captulo 5 Resolucin de
problemas: movimiento circular uniforme 112 Captulo 6 Resolucin de
problemas: trabajo 139 Resolucin de problemas: conservacin de la
energa 157 Captulo 7 Resolucin de problemas: conservacin de la
cantidad de movimiento y colisiones 181 Captulo 8 Resolucin de
problemas: movimiento de rotacin 209 Captulo 9 Resolucin de
problemas: esttica 230 Captulo 14 Resolucin de
problemas:calorimetra 394 Captulo 15 Resolucin de problemas:
termodinmica 432 Captulo 16 Resolucin de problemas: electrosttica;
fuerzas elctricas y campos elctricos 454 Captulo 19 Resolucin de
problemas: reglas de Kirchhoff 530 Captulo 20 Resolucin de
problemas: campos magnticos 562 Captulo 21 Resolucin de
problemas:ley de Lenz 588 Captulo 23 Resolucin de problemas:
espejos esfricos 641 Resolucin de problemas: lentes delgadas 651
Captulo 24 Resolucin de problemas: interferencia 683
15. xv Ver el mundo a travs de ojos que saben fsica Este libro
est escrito para los estudiantes. Pretende brindar a los
estudiantes una com- prensin profunda de los conceptos bsicos de la
fsica en todos sus aspectos, desde la mecnica hasta la fsica
moderna. Su meta es explicar la fsica de una forma sencilla e
interesante que sea accesible y clara, y ensear a los estudiantes a
anticipar sus nece- sidades y dificultades sin una simplificacin
excesiva. Un segundo objetivo es mostrar a los estudiantes cun til
es la fsica en sus propias vidas y en sus profesiones futuras por
medio de aplicaciones interesantes. Adems, se ha puesto especial
nfasis en ex- plicar tcnicas y enfoques para resolver problemas.
Este libro de texto est especialmente diseado para que los
estudiantes tomen un curso de un ao de introduccin a la fsica, que
se base en lgebra y trigonometra, pe- ro no en clculo. Muchos de
estos estudiantes estn especializndose en biologa o es- tn
inscritos en un curso propedutico para medicina, y otros tal vez
estudien arquitectura, tecnologa, ciencias de la Tierra o ciencias
ambientales. Muchas aplicacio- nes en esos campos tienen la
intencin de responder la pregunta comn de los estu- diantes: Por qu
debo estudiar fsica? La respuesta es que la fsica resulta
fundamental para una comprensin plena de esas especialidades, y aqu
ellos vern de qu forma. La fsica lo es todo en el mundo cotidiano.
La meta de este libro es ayudar a los estudiantes a ver el mundo a
travs de ojos que saben fsica. Algunas de las nuevas caractersticas
en esta sexta edicin incluyen: 1. Ejercicios dentro del texto para
que los estudiantes verifiquen su comprensin; 2. nuevos prrafos
para hacer el planteamiento de los ejemplos trabajados; 3. nuevos
ejemplos que siguen paso a paso cada uno de los Recuadros de
Resolucin de Problemas; y 4. nuevas aplica- ciones como las
detalladas descripciones basadas en la fsica de las pantallas de
cristal l- quido (LCD), las cmaras digitales (con CCD) y la extensa
cobertura de los dispositivos elctricos y su manejo seguro. stos y
otros nuevos aspectos se resaltan ms adelante. La fsica y cmo
entenderla He evitado el rido, dogmtico y comn enfoque de tratar
primero los temas de ma- nera formal y abstracta, y slo despus
relacionar el material con la propia experien- cia de los
estudiantes. Mi enfoque parte del reconocimiento de que la fsica es
una descripcin de la realidad, de modo que cada tema se inicia con
observaciones y expe- riencias concretas con las que los
estudiantes estn familiarizados. Luego se procede a hacer
generalizaciones y a exponer el tema de manera ms formal. Esto no
slo ha- ce que el material sea ms interesante y fcil de comprender,
tambin est ms cerca de la forma en que en realidad se practica la
fsica. Se ha hecho un gran esfuerzo para no dirigir demasiado a los
estudiantes a leer los primeros captulos. Primero se tiene que
aprender lo bsico; ms adelante se explica- rn muchos otros
aspectos, cuando los estudiantes estn ms preparados. Si no se abru-
ma a los estudiantes con demasiados detalles, en especial al
principio, es ms probable que consideren que la fsica es
interesante, divertida y til, y aquellos que tenan mie- do de la
materia olvidarn su temor. Las grandes leyes de la fsica estn
enmarcadas en una pantalla y van acompaa- das de una nota marginal
en letras maysculas encerrada en un rectngulo. Todas las ecuaciones
importantes aparecen junto a un nmero para distinguirlas de las
menos ti- les. Para ayudar a dejar en claro cules ecuaciones son
generales y cules no lo son, las limitaciones de las ecuaciones
importantes se presentan en corchetes junto a la ecua- cin, como en
[aceleracin constante] Las matemticas en ocasiones constituyen un
obstculo para la comprensin del estudiante. Por eso el libro
describe todos los pasos que se siguen en la deduccin de x = x0 +
v0 t + 1 2 at2 . PREFACIO N U E V O
16. una frmula. Las herramientas matemticas importantes, como
la suma de vectores y la trigonometra, se incorporan en el texto
donde se requieren por primera vez, as que se presentan en un
contexto particular y no en un aterrador captulo de introduccin.
Los apndices contienen un repaso de lgebra y geometra (ms unos
cuantos temas avanzados: marcos de referencia en rotacin, fuerzas
inerciales, efecto Coriolis; capa- cidades calorficas de los gases
y equiparticin de energa; transformaciones de Lo- rentz). Las
unidades del Sistema Internacional (SI) se emplean de principio a
fin. Otras unidades mtricas y britnicas se definen con propsitos
informativos. El captulo 1 no es desechable. Es fundamental para la
fsica darse cuenta que to- da medicin tiene un grado de
incertidumbre, y que las cifras significativas lo reflejan.
Convertir unidades y ser capaz de hacer estimaciones rpidas tambin
es bsico. Los aspectos culturales al comienzo del captulo 1 amplan
la comprensin del mundo de una persona, mas no tienen que ser
cubiertos en clase. Las mltiples aplicaciones en ocasiones slo
sirven como ejemplos de principios fsicos. Otras se tratan en
profundidad. Se han seleccionado cuidadosamente para in- tegrarlas
en el texto de modo que no interfieran con el desarrollo de la
fsica, sino ms bien que la iluminen. Para facilitar la deteccin de
las aplicaciones, aparece una nota de Fsica Aplicada al margen. Las
fotografas que abren cada captulo, algunas de las cuales tienen
vectores so- brepuestos, se han elegido de modo que el texto que
las acompaa sea una especie de resumen del captulo. Algunos de los
nuevos aspectos de fsica y pedagoga en esta sexta edicin son: Mayor
claridad: Ningn tema, ningn prrafo en este libro se ha pasado por
al- to en la bsqueda por mejorar la claridad de la presentacin. Se
han realizado muchos cambios y aclaraciones, algunos de ellos
pequeos y otros no tanto. Se eli- minaron frases y oraciones que
pudieran detener el argumento principal: se trata de exponer lo
esencial al principio y explicar los detalles despus. Notacin
vectorial, flechas: Los smbolos para cantidades vectoriales en el
tex- to y las figuras ahora tienen una pequea flecha sobre ellos,
de modo que son si- milares a lo que el profesor escribe a mano
durante su clase. Las letras todava son las tradicionales negritas;
as por ejemplo, se utiliza para velocidad y para fuerza. Ejercicios
dentro del texto, para que los estudiantes comprueben su
comprensin. Las respuestas se proporcionan al final del captulo.
Ejemplos paso a paso, despus de un Recuadro de Resolucin de
Problemas, co- mo se explica en la pgina xvii. Los ejemplos
conceptuales no son una caracterstica nueva,pero hay algunos ejem-
plos que s lo son. Ejemplos modificados: Ms pasos matemticos se
explican detalladamente y se agregan muchos ejemplos nuevos (vase
la pgina xvii). Diseo de la pgina: Derivaciones completas. Se ha
puesto mucha atencin, in- cluso ms que en la edicin anterior, en
cmo est formateada cada pgina. Se ha realizado un gran esfuerzo
para mantener las deducciones y argumentos impor- tantes en pginas
enfrentadas. Entonces los estudiantes no tendrn que voltear la
pgina hacia atrs o hacia delante.A lo largo del libro los lectores
vern ante ellos, en dos pginas enfrentadas, una importante rebanada
de fsica. Subttulos: Muchas de las secciones dentro de un captulo
ahora estn divididas en apartados, lo que separa los temas entrozos
ms manejables. Ello permite ha- cer pausas para que los estudiantes
descansen o recuperen el aliento. Notas marginales: Precaucin. Las
notas marginales, en azul, puntualizan mu- chos temas y hacen las
veces de subrayado ayudando a localizar los temas en re- F B vB xvi
PREFACIO N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O
17. PREFACIO xvii visin. Tambin puntualizan aplicaciones y
sugerencias para resolver problemas. Un nuevo ttulo, el de
PRECAUCIN, puntualiza posibles malas interpretacio- nes analizadas
en el texto adyacente. Eliminaciones. Para evitar que el libro sea
demasiado largo, y tambin para redu- cir la carga sobre los
estudiantes en temas ms avanzados, muchos temas se recor- taron o
simplificaron, y unos cuantos se eliminaron. Nuevos temas de fsica
y principales revisiones He aqu una lista de los principales
cambios o adiciones, pero existen muchos otros: Se usa ms la
simetra, incluso para resolver problemas Anlisis dimensional,
opcional (cap. 1) Ms grficas en cinemtica (cap. 2) Eficiencia de
mquinas (cap. 6, 15) Principio trabajo-energa y conservacin de
energa: nuevo apartado (cap. 6); con enfoque hacia la termodinmica
(cap. 15) y la electricidad (cap. 17) Fuerza sobre una pelota de
tenis por medio de una raqueta (cap. 7) Alas de aviones, bolas
curvas, navegacin y otras aplicaciones del principio de Bernoulli:
mejorado y aclarado con material nuevo (cap. 10) Distincin de
interferencia de ondas en espacio y tiempo (pulsos) (cap. 11)
Corrimiento Doppler de la luz (ahora cap. 12) Radio de estrella
gigante (cap. 14) Primera ley de la termodinmica reescrita y
extendida, mejor relacionada con el principio trabajo-energa y la
conservacin de la energa (cap. 15) Agotamiento de recursos
energticos (cap. 15) Clasificacin SEER (cap. 15) Separacin de carga
en no conductores (cap. 16) Ley de Gauss, opcional (cap. 16)
Fotocopiadoras e impresoras de computadora (cap. 16) Direcciones de
fuerza y campos elctricos ms enfatizados (cap. 16, 17) Potencial
elctrico mejor relacionado con el trabajo, ms detalle (cap. 17)
Efecto dielctrico sobre capacitor con y sin conexin a voltaje ms
otros detalles (cap. 17) Derivacin del capacitor de placas
paralelas, opcional (cap. 17) Riesgos elctricos, conexin a tierra,
seguridad, interruptores de corriente: exten- dido con mucho
material nuevo (cap. 17, 18, 19 especialmente, 20, 21) Corriente
elctrica, malas interpretaciones discutidas en el captulo 18
Superconductividad actualizada (cap. 18) Voltaje terminal y fem
reorganizados, con mayor detalle (cap. 19) Materiales magnticos
recortados (cap. 20) Reglas de la mano derecha resumidas en una
tabla (cap. 20) Leyes de Faraday y Lenz extendidas (cap. 21)
Circuitos CA acortados (cap.21),desplazamiento de corriente
minimizado (cap.22) Presin de radiacin y cantidad de movimiento de
ondas EM (cap. 22) Dnde verse uno mismo en un espejo; dnde se ve en
realidad una imagen forma- da por una lente (cap. 23) Pantalla de
cristal lquido (LCD) (cap. 24) La fsica detrs de las cmaras
digitales y los CCD (cap. 25) Cmo ver bajo el agua (cap. 25) Masa
relativista reelaborada (cap. 26) Calores especficos de gases,
equiparticin de energa (apndices) N U E V O N U E V O N U E V O N U
E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N
U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O N U E V O
N U E V O N U E V O N U E V O
18. xviii PREFACIO Resolucin de problemas, con enfoques nuevos
y mejorados Ser capaz de resolver problemas es una tcnica valiosa
en general. Resolver problemas tambin es una forma efectiva de
comprender la fsica con mayor profundidad. He aqu al- gunas de las
formas que usa este libro para ayudar a los estudiantes a resolver
con xito los problemas. Recuadros de resolucin de problemas, en
total unos 20, se encuentran a lo largo del libro (hay un lista en
la pgina xiii). Cada uno de ellos subraya una aproximacin pa- so a
paso para resolver problemas en general, o de manera especfica para
el material que se est estudiando. Los mejores estudiantes
encontrarn que estos recuadros son innecesarios (pueden saltarlos),
pero muchos estudiantes los encontrarn tiles como recordatorios de
la aproximacin general y de los pasos que conviene seguir pa- ra
resolver problemas. El Recuadro de Resolucin de Problemas general
de la seccin 4-9 est colocado ah, despus de que los estudiantes han
tenido cierta experiencia en lidiar con los problemas, de modo que
estarn motivados para leerlo con cuidadosa atencin. Si se desea, la
seccin 4-9 puede cubrirse con antelacin. No se pretende que los
Recuadros de Resolucin de Problemas sean una prescripcin, sino ms
bien una gua. Por eso, en ocasiones siguen a los ejemplos para
servir como un resumen para uso futuro. Las secciones de resolucin
de problemas (como las secciones 2-6, 3-6, 4-7, 6-7, 8-6 y 13-8)
intentan proporcionar entrenamiento adicional en reas donde la
resolucin de problemas es especialmente importante. Ejemplos: Los
ejemplos trabajados, cada uno con un ttulo para fcil referencia,
caen en cuatro categoras: 1. La mayora son ejemplos trabajados
regulares que sirven como problemas de prctica. Se agregaron
algunos nuevos, unos cuantos de la edicin anterior se eli- minaron
y muchos se trabajaron de nuevo para ofrecer mayor claridad, ms
pasos matemticos, ms de por qu se hace de esta forma; con el nuevo
prrafo de plan- teamiento hay ms anlisis del razonamiento y el
enfoque. La meta es pensar en voz alta con los estudiantes, y
conducirlos a desarrollar perspicacia. El nivel de di- ficultad de
los ejemplos trabajados para la mayora de los temas aumenta
gradual- mente, de modo que los ms complicados se presentan junto
con los problemas ms difciles al final de cada captulo. Muchos
ejemplos ofrecen relevantes aplicaciones a diversos campos y a la
vida diaria. 2. Ejemplos paso a paso: Despus de muchos de los
Recuadros de Resolucin de Problemas, el siguiente ejemplo est
elaborado paso a paso siguiendo los pasos del recuadro precedente,
slo para mostrar a los estudiantes cmo utilizarlo.Tales so-
luciones son largas y en ocasiones redundantes, as que slo se
incluye un ejemplo trabajado de esta forma. 3. Los ejemplos de
estimacin, aproximadamente un 10% del total, pretenden desa-
rrollar las habilidades para realizar estimaciones de orden de
magnitud, aun cuando los datos sean escasos e incluso cuando el
estudiante jams hubiera pensado que era posible un resultado.Vea,
por ejemplo, en la seccin 1-7, los ejemplos del 1-6 al 1-9. 4.
Ejemplos conceptuales: Cada uno es una breve pregunta socrtica que
tiene la intencin de estimular al estudiante a responder antes de
leer la respuesta propor- cionada. Prrafo de PLANTEAMIENTO: Ahora
todos los ejemplos numricos trabajados tie- nen un breve prrafo de
introduccin antes de la solucin, que da el enfoque e indica los
pasos que conviene seguir para resolver el problema. NOTA: Ahora
muchos ejemplos tienen una breve nota despus de la solucin, a ve-
ces par remarcar la solucin misma, en ocasiones para mencionar una
aplicacin, otras veces para proporcionar un enfoque alterno para
resolver el problema. Estos nuevos prrafos de Nota permiten que el
estudiante sepa que la solucin se complet, y que ahora se menciona
un tema (o temas) relacionado. Ejemplos adicionales: Algunos temas
de fsica requieren muchos diferentes ejemplos trabajados para
quedar claros. Pero tantos ejemplos en lnea tal vez resulten
abrumado- res para algunos estudiantes. En esos lugares, un
subttulo Ejemplo(s) Adicional(es) tiene la intencin de sugerir a
los estudiantes que podran saltarse estos ejemplos en una primera
lectura. Cuando los estudiantes los incluyan durante una segunda
lectura del captulo, seguramente les ayudarn a aumentar su
habilidad para resolver un mayor rango de problemas. N U E V O N U
E V O N U E V O N U E V O
19. PREFACIO xix N U E V O Los ejercicios dentro del texto,
despus de un ejemplo o de la deduccin de una frmu- la, brindan a
los estudiantes una oportunidad de ver si comprenden lo suficiente
como para responder una pregunta simple o realizar un clculo
sencillo. Las respuestas se pro- porcionan al final de la ltima
pgina de cada captulo. Los problemas al final de cada captulo
aumentaron en calidad y cantidad.Algunos de los problemas de la
edicin anterior se sustituyeron o se volvieron a escribir para
hacer- los ms claros,y/o se les cambiaron sus valores numricos.Cada
captulo contiene un gran grupo de problemas ordenados por seccin y
graduados de acuerdo con la dificultad (aproximada): los problemas
de nivel I son simples, diseados para brindar confianza a los
estudiantes; los del nivel II son problemas normales, que implican
mayor desafo y con frecuencia la combinacin de dos conceptos
diferentes; los del nivel III son los ms complejos y se pretende
que sean problemas de crditos adicionales que desafia- rn incluso a
los estudiantes ms aventajados. El ordenamiento por nmero de seccin
es para ayudar a los profesores a elegir qu material quieren
enfatizar,y significa que esos problemas dependen del material
incluido hasta esa seccin: en ocasiones, tambin se considera
material presentado con anterioridad. Los problemas generales no
estn clasificados y se agrupan en conjunto al final de ca- da
captulo; representan tal vez el 30% de todos los problemas. Los
problemas genera- les no necesariamente son ms difciles,pero tienen
ms probabilidad de hacer referencia a material de captulos
anteriores. Son tiles para los profesores que quieren ofrecer a los
estudiantes unos cuantos problemas sin la pista de a qu seccin
deben remitirse o sobre el grado de dificultad. Las preguntas,
tambin al final de cada captulo, son de carcter conceptual. Ayudan
a los estudiantes a usar y aplicar los principios y conceptos y,
por tanto, a profundizar en su comprensin (o les permiten saber qu
necesitan estudiar ms). Asignacin de problemas Sugiero que los
profesores asignen un nmero significativo de problemas de los
niveles I y II, as como un pequeo nmero de problemas generales, y
reservar los problemas del ni- vel III slo como crditos adicionales
para estimular a los mejores estudiantes. Aunque la mayora de los
problemas del nivel I parecen sencillos, ayudarn a los alumnos a
desa- rrollar confianza, una parte importante del aprendizaje,
especialmente en fsica. Al final del libro se proporcionan las
respuestas a los problemas con nmero impar. Organizacin El perfil
general de esta nueva edicin conserva un orden tradicional de los
temas: mec- nica (captulos del 1 al 9); fluidos, vibraciones, ondas
y sonido (captulos del 10 al 12); teo- ra cintica y termodinmica
(captulos del 13 al 15); electricidad y magnetismo (captulos del 16
al 22); luz (captulos del 23 al 25) y fsica moderna (captulo 26).
Aqu estn inclui- dos casi todos los temas que se incluyen en los
cursos de introduccin a la fsica. La tradicin de comenzar con
mecnica es sensata porque, histricamente, se desarro- ll primero y
porque buena parte de la fsica depende de ella. Dentro de la
mecnica exis- ten muchas formas de ordenar los temas, y este libro
permite considerable flexibilidad. En particular, prefiero
presentar esttica despus de dinmica, en parte porque muchos estu-
diantes tienen problemas con el concepto de fuerza sin movimiento.
Ms an, la esttica es un caso especial de la dinmica: la esttica se
estudia para que uno pueda evitar que las es- tructuras se vuelvan
dinmicas (es decir, se caigan). No obstante, la esttica (captulo 9)
po- dra estudiarse antes, luego de una breve introduccin a los
vectores. Otra opcin es la luz, la cual aparece despus de
electricidad y magnetismo y de las ondas EM. Pero la luz podra
estudiarse inmediatamente despus de la ondas (captulo 11). La
relatividad especial (ca- ptulo 26), si se desea, podra estudiarse
junto con la mecnica, por ejemplo, despus del captulo 7. No es
necesario dar el mismo peso a todos los captulos. Mientras que los
captulos 4 y 21 podran requerir 1 o 2 semanas de cobertura, los
captulos 12 y 22 quizs necesiten slo 1 semana o incluso menos.
Puesto que el captulo 11 se ocupa de las ondas estaciona- rias, el
12 podra dejarse para lectura de los estudiantes si se tiene poco
tiempo de clase disponible. El libro contiene ms material del que
es posible cubrir en la mayora de los cursos de un ao.Aunque existe
gran flexibilidad para elegir los temas. Las secciones marcadas con
aste- risco (*) se consideran opcionales. Contienen material de
fsica ligeramente ms avanzado 1 2
20. xx PREFACIO (material que rara vez se incluye en los cursos
tpicos) y/o aplicaciones interesantes. Esas secciones no contienen
material necesario para los captulos ulteriores, si acaso para las
secciones opcionales posteriores. No todas las secciones sin
estrella deben ser cubiertas; si- gue existiendo considerable
flexibilidad en la eleccin del material. Para un curso breve, po-
dra eliminarse todo el material opcional, as como buena parte de
los captulos 10, 12, 19 y 22, y tal vez partes seleccionadas de los
captulos 7, 8, 9, 15, 21, 24 y 25. Los temas no cu- biertos en
clase podran servir de aliciente para el posterior estudio de los
alumnos. Nuevas aplicaciones Las aplicaciones relevantes de la
fsica a diversos campos, como la biologa, la medicina, la
arquitectura, y a la vida cotidiana son una fuerte caracterstica de
este libro. Las aplicacio- nes son interesantes por ellas
mismas,adems de que responden la pregunta de los estudian- tes:Por
qu debo estudiar fsica?.Se agregaron nuevas aplicaciones.He aqu
unas algunas de ellas (vase la lista despus de la tabla de
contenido, en las pginas xii y xiii). Cmaras digitales,
dispositivos de carga acoplada (CCD) (cap. 25) Pantallas de cristal
lquido (LCD) (cap. 24) Seguridad en el manejo de la electricidad,
riesgos y diversos tipos de interruptores de co- rriente y de
circuito (cap. 17, 18, 19, 20, 21) Mquinas fotocopiadoras (cap. 16)
Impresoras de inyeccin de tinta y lser (cap. 16) Los picos ms altos
del mundo (conversin de unidades, cap. 1) Detectores de metales en
los aeropuertos (cap. 21) Usos de los capacitores (cap. 17) Visin
bajo el agua (cap. 25) Clasificacin SEER (cap. 15) Bola curva (cap.
10) Paso de corriente a un automvil (cap. 19) Circuitos RC en
marcapasos, seales de vuelta, limpiadores (cap. 19) Voltmetros
digitales (cap. 19) Gracias Ms de 50 profesores de fsica aportaron
informacin y retroalimentacin directa en cada aspecto del texto:
organizacin, contenido, figuras y sugerencias para nuevos ejemplos
y problemas.A continuacin se mencionan los revisores de esta sexta
edicin. Con cada uno de ellos tengo una deuda de gratitud: Zaven
Altounian (McGill University) David Amadio (Cypresss Falls Senior
High School) Andrew Bacher (Indiana University) Rama Bansil (Boston
University) Mitchell C. Begelman (University of Colorado) Cornelius
Bennhold (George Washington University) Mike Berger (Indiana
University) George W. Brandenburg (Harvard University) Robert
Coakley (University of Southern Maine) Renee D. Diehl (Penn State
University) Kathryn Dimiduk (University of New Mexico) Leroy W.
Dubeck (Temple University) Andrew Duffy (Boston University) John J.
Dykla (Loyola University Chicago) John Essick (Reed College) David
Faust (Mt. Hood Community College) Gerald Feldman (George
Washington University) Frank A. Ferrone (Drexel University) Alex
Filippenko (University of California, Berkeley) Richard Firestone
(Lawrence Berkeley Lab) Theodore Gotis (Oakton Community College)
J. Erik Hendrickson (University of Wisconsin, Eau Claire) Laurent
Hodges (Iowa State University) Brian Houser (Eastern Washington
University) Brad Johnson (Western Washington University) Randall S.
Jones (Loyola College of Maryland) Joseph A. Keane (St.Thomas
Aquinas College) Arthur Kosowsky (Rutgers University) Amitabh Lath
(Rutgers University) Paul L. Lee (California State University,
Northridge) Jerome R. Long (virginia Tech) Mark Lucas (Ohio
University) Dan MacIsaac (Northern Arizona University) William W.
McNairy (Duke University) Laszlo Mihaly (SUNY Stony Brook) Peter J.
Mohr (NIST) Lisa K. Morris (Washington State University) Paul
Morris (Abilene Christian University) Hon-Kie Ng (Florida State
University) Mark Oreglia (University of Chicago) Lyman Page
(Princeton University) Bruce Partridge (Haverford College) R. Daryl
Pedigo (University of Washington) Robert Pelcovits (Brown
University) Alan Pepper (Campbell School,Adelaide,Australia) Kevin
T. Pitts (University of Illinois) T O D A S S O N N U E V A S
21. xxi Tambin estoy agradecido con aquellos otros fsicos
revisores de ediciones anteriores: David A.Aaron (South Dakota
State University) Narahari Achar (Memphis State University) William
T.Achor (Western Maryland College) Arthur Alt (College of Great
Falls) John Anderson (University of Pittsburgh) Subhash Antani
(Edgewood College) Atam P.Arya (West Virginia University) Sirus
Aryainejad (Eastern Illinois University) Charles R. Bacon (Ferris
State University) Arthur Ballato (Brookhaven National Laboratory)
David E. Bannon (Chemeketa Community Colllege) Gene Barnes
(California State University, Sacramento) Isaac Bass Jacob Becher
(Old Dominion University) Paul A. Bender (Washington State
University) Michael S. Berger (Indiana University) Donald E. Bowen
(Stephen F.Austin University) Joseph Boyle (Miami-Dade Community
College) Peter Brancazio (Brooklyn College, CUNY) Michael E. Browne
(University of Idaho) Michael Broyles (Collin County Community
College) Anthony Buffa (California Polytechnic State University)
David Bushnell (Northern Illinois University) Neal M. Cason
(University of Notre Dame) H. R. Chandrasekhar (University of
Missouri) Ram D. Chaudhari (SUNY, Oswego) K. Kelvin Cheng (Texas
Tech University) Lowell O. Christensen (American River College)
Mark W. Plano Clark (Doane College) Irvine G. Clator
(UNC,Wilmington) Albert C. Claus (Loyola University of Chicago)
Scott Cohen (Portland State University) Lawrence Coleman
(University of California, Davis) Lattie Collins (East Tennessee
State University) Sally Daniels (Oakland University) Jack E. Denson
(Mississippi State University) Waren Deshotels (Marquette
University) Eric Dietz (California State University, Chico) Frank
Drake (University of California, Santa Cruz) Paul Draper
(University of Texas,Arlington) Miles J. Dressser (Washington State
University) Ryan Droste (The College of Charleston) F. Eugene
Dunnam (University of Florida) Len Feuerhelm (Okalhoma Christian
University) Donald Foster (Wichita State University) Gregory E.
Francis (Montana State University) Philip Gash (California State
University, Chico) J. David Gavenda (University of Texas,Austin)
Simon George (California State University, Long Beach) James
Gerhart (University of Washington) Bernard Gerstman (Florida
International University) Charles Glashausser (Rutgers University)
Grant W. Hart (Brigham Young University) Hershel J. Hausman (Ohio
State University) Melissa Hill (Marquette University) Mark Hillery
(Hunter College) Hans Hochheimer (Colorado State University) Joseph
M. Hoffman (Frostburg State University) Peter Hoffman-Pinther
(University of Houston, Downtown) Alex Holloway (University of
Nebraska, Omaha) Fred W. Inman (Mankato State University) M.Azad
Islan (SUNY, Potsdam) James P. Jacobs (University of Montana) Larry
D. Johnson (Northeast Louisiana University) Gordon Jones
(Mississippi State University) Rex Joyner (Indiana Institute of
Technology) Sina David Kaviani (El Camino College) Kirby W. Kemper
(Florida State University) Sanford Kern (Colorado State University)
James E. Kettler (Ohio University, Eastern Campus) James R. Kirk
(Edinboro University of Pennsylvania) Alok Kuman (SUNY, Oswego)
Sung Kyu Kim (Macalester College) Amer Lahamer (Berea College)
Clement Y. Lam (North Harris College) David Lamp (Texas Tech
University) Peter Landry (McGill University) Michael Lieber
(University of Arkansas) Bryan H. Long (Columbia State College)
Michael C. LoPresto (Henry Ford Community College) James Madsen
(University of Wisconsin, River Falls) Ponn Mahes (Winthrop
University) Robert H. March (University of Wisconsin, Madison)
David Markowitz (University of Connecticut) Daniel J. McLaughlin
(University of Hartford) E. R. Menzel (Texas Tech University)
Robert Messina David Mills (College of the Redwoods) George K.
Miner (University of Dayton) Victor Montemeyer (Middle Tennessee
State University) Marina Morrow (Lansing Community College) Ed
Nelson (University of Iowa) Dennis Nemeschansky (USC) Gregor Novak
(Indiana University/Purdue University) Steven Pollock (University
of Colorado, Boulder) W. Steve Quon (Ventura College) Michele
Rallis (Ohio State University) James J. Rhyne (University of
Missouri, Columbia) Paul L. Richards (University of California,
Berkeley) Dennis Rioux (University of Wisconsin, Oshkosh) Robert
Ross (University of Detroit, Mercy) Roy S. Rubins (University of
Texas,Arlington) Wolfgang Rueckner (Harvard University Extension)
Randall J. Scalise (Southern Methodist University) Arthur G.
Schmidt (Northwestern University) Cindy Schwarz (Vassar College)
Bartlett M. Sheinberg (Houston Community College) J. L. Shinpaugh
(East Carolina University) Ross L. Spencer (Brigham Young
University) Mark Sprague (East Carolina University) Michael G.
Strauss (University of Oklahoma) Chun Fu Su (Mississippi State
University) Ronald G.Taback (Youngstown State University) Leo
H.Takahashi (Pennsylvania State University, Beaver) Raymond
C.Turner (Clemson University) Robert C.Webb (Texas A&M
University) Arthur Wiggins (Oakland Community College) Stanley
Wojcicki (Stanford University) Edward L.Wright (University of
California, Los Angeles) Andrzej Zieminski (Indiana
University)
22. xxii PREFACIO Debo un agradecimiento especial a los
profesores Bob Davis y J. Erik Hendrickson por mucha informacin
valiosa, y en especial por trabajar todos los problemas y producir
el Manual de soluciones con todas las respuestas a los problemas y
preguntas, as como por proporcionar las respuestas a los problemas
de nmero impar la final de este libro. Gracias tambin al equipo que
dirigen (profesores David Curott, Bryan Long y Richard Louie,
quienes tambin trabajaron todos los problemas y preguntas, y cada
uno de ellos verific a los dems. Estoy agradecido con los
profesores Robert Coakley, Lisa Morris, Kathryn Dimiduk, Robert
Pelcovits, Raymond Turner, Cornelius Bennhold, Gerald Feldman, Alan
Pepper, Michael Strauss y Zaven Altounian, quienes inspiraron
muchos de los ejemplos, preguntas, problemas y aclaraciones
significativas. En especial quiero agradecer a los profesores
Howard Shugart, Chris McKee y a mu- chos otros en el Departamento
de Fsica de University of California, Berkeley, por las dis-
cusiones tiles y por su hospitalidad. Gracias tambin al profesor
Tito Arecchi y a otros en el Istituto Nazionale di Ottica,
Florencia, Italia. Finalmente, debo agradecer a toda la gente en
Prentice Hall con quienes he trabajado en este proyecto,
especialmente a Paul Corey, Erik Fahlgren,Andrew Sobel, Chirag
Thak- kar, John Challice y sobre todo a las altamente profesionales
y maravillosamente dedica- das Karen Karlin y Susan Fisher. La
responsabilidad final de todos los errores recae sobre m. Doy la
bienvenida a comentarios, correcciones y sugerencias+ tan pronto
como sea po- sible para beneficiar a los estudiantes con la
siguiente reimpresin. D.C.G. Roy J. Peterson (University of
Colorado, Boulder) Frederck M. Phelps (Central Michigan University)
Brian L. Pickering (Laney College) T.A. K. Pillai (University of
Wisconsin, La Crosse) John Polo (Edinboro University of
Pennsylvania) Michael Ram (University of Buffalo) John Reading
(Texas A&M University) David Reid (Eastern Michigan University)
Charles Richardson (University of Arkansas) William Riley (Ohio
State University) Larry Rowan (University of North Carolina) D. Lee
Rutledge (Oklahoma State University) Hajime Sakai (University of
Massachusetts,Amberst) Thoma Sayetta (East Carolina University)
Neil Schiller (Ocean County College) Ann Schmiedekamp (Pennsylvania
State University, Ogontz) Juergen Schroeer (Illinois State
University) Mark Semon (Bates College) James P. Sheerin (Eastern
Michigan University) Eric Sheldon (University of Massachusetts,
Lowell) K.Y. Shen (California State University, Long Beach) Marc
Sher (College of William and Mary) Joseph Shinar (Iowa State
University) Thomas W. Sills (Wilbur Wright College) Anthony A.
Siluidi (Kent State University) Michael A. Simon (Housatonic
Community College) Upindranath Singh (Embry-Riddle) Michael I.
Sobel (Brooklyn College) Donald Sparks (Los Angeles Pierce College)
Thor F. Stromberg (New Mexico State University) James F. Sullivan
(University of Cincinnati) Kenneth Swinney (Bevill State Community
College) Harold E.Taylor (Stockton State University) John E.Teggins
(Auburn University en Montgomery) Colin Terry (Ventura College)
Michael Thoennessen (Michigan State University) Kwok Yeung Tsang
(Georgia Institute of Technology) Jagdish K.Tuli (Brookhaven
National Laboratory) Paul Urone (CSU, Sacramento) Linn D.Van
Woerkom (Ohio State University) S. L.Varghese (University of
Southern Alabama) Jearl Walker (Cleveland State University) Robert
A.Walking (University of Southern Maine) Jai-Ching Wang (Alabama
A&M University) Thomas A.Weber (Iowa State University) John
C.Wells (Tennessee Technological) Gareth Williams (San Jose State
University) Wendall S.Williams (Case Western Reserve University)
Jerry Wilson (Metropolitan State College at Denver) Lowell Wood
(University of Houston) David Wright (Tidewater Community College)
Peter Zimmerman (Louisiana State University) Favor de enviar a:
Correo electrnico: [email protected] o por correo
postal: Physics Editor Prentice Hall Inc. One Lake Street Upper
Saddle River, NJ 07458
23. xxiii Complementos y medios audiovisuales disponibles
Complementos para el estudiante Compaero de bolsillo del estudiante
(0-13-035249-7) de Biman Das (SUNY-Potsdam) Este libro en
presentacin rstica de 5 7 contiene un resumen de Fsica: Princi-
pios con aplicaciones, sexta edicin, que incluye conceptos clave,
ecuaciones, conse- jos y sugerencias. Gua de estudio del estudiante
con soluciones seleccionadas (Volumen I: 0-13-035239-X, Volumen II:
0-13-146557-0) de Joseph Boyle (Miami-Dade Community College) Esta
gua de estudio contiene explicaciones generales, ejercicios, frases
y trminos clave, exmenes para estudio, preguntas para revisin y
soluciones a problemas de fin de captulo seleccionados. Matemticas
para Fsica Universitaria (0-13-141427-5) de Biman Das
(SUNY-Potsdam) Este texto, para estudiantes que necesitan ayuda con
las herramientas matemticas necesarias, muestra cmo las matemticas
se aplican directamente a la fsica, y expli- ca cmo superar la
ansiedad matemtica. Ejercicios de clasificacin en fsica, edicin del
estudiante (0-13-144851-X) de Thomas L. OKuma (Lee College), David
P. Maloney (Indiana University-Purdue University, Fort Wayne) y
Curtis J. Hieggelke (Joliet Junior College) Las actividades de
clasificacin son un innovador tipo de ejercicio conceptual que pide
a los estudiantes realizar juicios comparativos acerca de
variaciones sobre una situacin fsica particular.Este complemento
incluye aproximadamente 200 ejercicios de clasificacin que cubren
toda la fsica clsica, excepto ptica. PH GradeAssist: Gua de inicio
rpido del estudiante (0-13-141926-9) Esta gua de estudio (con cdigo
de acceso) contiene informacin acerca de cmo re- gistrar y usar el
PH GradeAssist. Fsica interactiva: Libro de trabajo, segunda edicin
(0-13-067108-8) de Cindy Schwarz (Vassar College), John Ertel
(Naval Academy), MSC.Software Este paquete con libro de trabajo y
CD-ROM hbrido est diseado para ayudar a los estudiantes a
visualizar y trabajar con problemas fsicos especficos por medio de
si- mulaciones creadas a partir de archivos de Fsica Interactiva.
Cuarenta problemas de diversa dificultad requieren que los
estudiantes efecten predicciones,cambien va- riables, corran y
visualicen movimiento en la pantalla de la computadora. El libro de
trabajo/gua de estudio que lo acompaa proporciona instrucciones, un
repaso de f- sica, sugerencias y preguntas. El CD-ROM contiene todo
lo que los estudiantes nece- sitan para correr las simulaciones.
Physlet Physics (0-13-101969-4) de Wolfgang Christian y Mario
Belloni (Davidson College) Este paquete de CD-ROM y texto tiene ms
de 800 applets Java interactivos listos pa- ra correr, que muchos
profesores de fsica han adoptado. No se requiere ni servidor Web ni
conexin a Internet. MCAT Physics: Gua de estudio (0-13-627951-1) de
Joseph Boone (California Polytechnic State University-San Luis
Obispo) Esta gua de estudio MCAT incluye repaso a profundidad,
problemas prcticos y pre- guntas de repaso. Complementos para el
profesor Test Item File (0-13-047311-1) Este banco de pruebas
contiene aproximadamente 2800 preguntas de opcin mlti- ple,
verdadero o falso, de respuesta corta y de ensayo, de las cuales
cerca del 25% son de carcter conceptual.Todas las preguntas estn
clasificadas por nivel de dificultad y referidas a la
correspondiente seccin de este libro. El Test Item File tambin est
dis- ponible en formato electrnico, en CD-ROM, en el Centro de
Recursos del Instructor.
24. xxiv Manual de soluciones del instructor (Volumen I:
0-13-035237-3, Volumen II: 0-13-141545-X) de Bob Davis (Taylor
University) y J.Erik Hendrickson (University ofWisconsin-Eau
Claire) El manual de soluciones contiene soluciones trabajadas y
detalladas de todos los pro- blemas de fin de captulo en este
libro, as como respuestas a las preguntas. Estn disponibles
versiones electrnicas, en CD-ROM, en el Centro de Recursos del
Instruc- tor para profesores con Microsoft Word o software
compatible con Word. Manual de Recursos del Instructor
(0-13-035251-9) de Katherine Whatley (University of North
Carolina-Asheville) Este manual contiene esquemas de clases, notas,
sugerencias de demostracin, lectu- ras sugeridas y otros recursos
de enseanza. Centro de Recursos del Instructor en CD-ROM
(0-13-035246-2) Este conjunto de dos CD contiene todas las
ilustraciones y tablas del texto en forma- tos JPEG, Microsoft
PowerPoint y Adobe PDF. Los profesores pueden tener vistas previas
y secuencias de imgenes, realizar bsquedas por palabra clave,
agregar no- tas de clase e incorporar sus propios recursos
digitales.Tambin contiene un TestGe- nerator, un programa fcil de
usar que se puede poner en red para crear pruebas que van de los
acertijos cortos a extensos exmenes. Los profesores pueden usar el
Edi- tor de Preguntas para modificar las preguntas o problemas
existentes, que incluyen versiones algortmicas, o crear unos
nuevos. Los CD tambin contienen clases adicio- nales en PowerPoint,
ms versiones electrnicas del Manual de Recursos del Instruc- tor,
del Manual de Soluciones del Instructor y preguntas y problemas de
fin de captulo para este libro. Paquete de transparencias
(0-13-035245-4) El paquete incluye aproximadamente 400
transparencias a todo color de imgenes y tablas de este libro.
Video Fsica que puedes ver (0-205-12393-7) Este video contiene once
demostraciones fsicas clsicas, cada una con duracin de 2 a 5
minutos. Sistemas de administracin de curso WebCT y Blackboard
permiten a los profesores asignar y calificar tareas en lnea, ad-
ministrar su lista de alumnos y su libro de calificaciones, y
colocar documentos relacio- nados con el curso. Los cartuchos para
WebCT y Blackboard son especficos de texto e incluyen: Herramientas
de enseanza justo a tiempo: calentamientos, rompecabezas y apli-
caciones, por Gregor Novak y Andrew Gavrin (Indiana
University-Purdue Uni- versity, Indianapolis) Ejercicios de
clasificacin por Thomas L. OKuma (Lee College), David P. Ma- loney
(Indiana University-Purdue University, Fort Wayne) y Curtis J.
Hieggelke (Joliet Junior College) Physlet Problems por Wolfgang
Christian y Mario Belloni (Davidson College) Problemas de prctica
de algoritmos por Carl Adler (East Carolina University) Gua de
estudio MCAT con preguntas de Kaplan Test Prep and Admissions
Companion Website (http://physics.prenhall.com/giancolippa) Este
sitio contiene problemas prcticos, objetivos, preguntas prcticas,
destinos (vn- culos a sitios relacionados) y aplicaciones con
vnculos a sitios relacionados. Los pro- blemas y preguntas prcticos
son calificados por computadora,y los resultados pueden ser
enviados automticamente por correo electrnico al profesor. Sistemas
de tareas en lnea ph GradeAssist (www.prenhall.com/phga) PH
GradeAssist (PHGA) es el sistema de tareas en lnea de Prentice
Hall. Incluye con- tenido asociado con materiales de enseanza justo
a tiempo, Physlet Problems, pre- guntas conceptuales y
cuantitativas, y cientos de problemas de fin de captulo de este
libro.Muchos de los problemas de fin de captulo tienen una variante
generada de ma- nera algortmica. Permite a los profesores editar
las preguntas, crear nuevas y contro-
25. lar parmetros importantes, tales como cunto vale una
pregunta y cundo un estu- diante puede tomar una prueba. PH
GradeAssist: Gua de inicio rpido del instructor (0-13-141927-7)
Esta gua (con cdigo de acceso) ayuda a los instructores a
registrarse para usar el PH GradeAssist. WebAssign
(www.webassign.net) WebAssign es un sistema de en lnea alojado
nacionalmente que permite a los pro- fesores crear, colocar,
recopilar, calificar y registrar tareas a partir de una base de da-
tos, lista para usar, de problemas y preguntas de este libro. CAPA
y LON-CAPA Enfoque Personalizado Asistido por Computadora (CAPA,
por sus siglas en ingls) es un sistema en lnea alojado localmente
que permite a los profesores crear, colocar, recopilar, calificar y
registrar tareas a partir de una base de datos, lista para usar, de
problemas y preguntas de este libro. La Red de Aprendizaje en Lnea
con un Enfo- que Personalizado Asistido por Computadora (LON-CAPA,
por sus siglas en ingls) es un sistema integrado para aprendizaje y
asignacin en lnea. Consiste en un sistema de administracin del
curso, un sistema individualizado de tareas y calificacin auto-
mtica, una coleccin de datos y un sistema de extraccin de datos, as
como un siste- ma de entrega de contenido que proporcionar vas de
acceso hacia y desde la National STEM Digital Library del NSF.
xxv
26. NOTAS A LOS ESTUDIANTES (Y PROFESORES) ACERCA DEL FORMATO
1. Las secciones marcadas con asterisco (*) se consideran
opcionales. Pueden omi- tirse sin interrumpir el flujo principal de
los temas. Ningn material posterior depende de ellas a excepcin de
algunas secciones posteriores tambin con aste- risco. Ser divertido
leerlas. 2. Se usan las convenciones comunes: los smbolos para
cantidades (como m para masa) aparecen en itlicas, mientras que las
unidades (como m para metro) apa- recen en redondas. Los smbolos
para vectores se presentan en negritas con una pequea flecha
encima: 3. Pocas ecuaciones son vlidas en todas las situaciones.
Cuando resulte prctico, las limitaciones de las ecuaciones
importantes se establecen en corchetes a continuacin de la ecuacin.
Las ecuaciones que representan las grandes leyes de la fsica se
presentan en una pantalla, al igual que algunas otras ecuaciones
indispensables. 4. El nmero de cifras significativas (seccin 1-4)
no se debe suponer mayor o me- nor que lo indicado: si un nmero es
establecido como 6, por ejemplo, con sus uni- dades, ello significa
que es 6 y no 6.0 o 6.00. 5. Al final de cada captulo se incluye un
conjunto de preguntas que los estudiantes deben tratar de responder
(por ellos mismos, al menos). Despus se incluyen pro- blemas que
estn clasificados como de nivel I, II o III, de acuerdo con la
dificul- tad estimada, siendo los problemas del nivel I los ms
sencillos. Los del nivel II son problemas normales, y los de nivel
III son para crditos adicionales. Estos pro- blemas clasificados
estn ordenados por seccin, pero los problemas para una sec- cin
dada tambin pueden depender de material estudiado con
anterioridad.Sigue un grupo de problemas generales que no estn
ordenados por seccin ni clasifica- dos por dificultad. Las
preguntas y problemas que se relacionan con secciones op- cionales
tienen un asterisco (*). Al final del libro se ofrecen las
respuestas a los problemas con nmero non. 6. Ser capaz de resolver
problemas es una parte esencial del aprendizaje de la fsica, y
representa un poderoso medio para entender los conceptos y
principios. Este li- bro contiene muchos auxiliares para resolver
problemas: a) Ejemplos trabajados y sus soluciones en el texto
(resaltados con una lnea vertical en el margen) que hay que
estudiar como una parte integral del texto; b) algunos de los
ejemplos traba- jados son ejemplos de estimacin,que muestran cmo se
obtienen resultados apro- ximados, incluso cuando los datos
proporcionados son escasos (vase la seccin 1-7); c) Recuadros de
resolucin de problemas especiales colocados a lo largo del texto
para sugerir un enfoque paso a paso a la resolucin de problemas
para un tema particular. Pero no hay que quedarse con la idea de
que cada tema tiene sus propias tcnicas, porque las bases
permanecen iguales; a algunos de estos recua- dros les sigue un
ejemplo que est resuelto mediante el seguimiento explcito de los
pasos sugeridos; d) secciones especiales de resolucin de problemas;
e) notas mar- ginales de Resolucin de problemas (vase el punto 9 ms
adelante) que se re- fieren a sugerencias para resolver problemas
dentro del texto; f) ejercicios dentro del texto que es conveniente
trabajar inmediatamente y luego comparar la res- puesta con la que
se proporciona al final de la ltima pgina de ese captulo; g) los
problemas mismos al final de cada captulo (punto 5 anterior). 7.
Los ejemplos conceptuales precisamente son ms conceptuales que
numricos. Cada uno plantea una o dos preguntas, que tienen la
finalidad de hacer pensar al estudiante para dar con una respuesta.
Es recomendable darse un poco de tiem- po para hallar la respuesta
antes de leer la respuesta ofrecida. 8. Los subttulos de Ejemplos
adicionales contienen ejemplos que el estudiante podra saltarse en
una primera lectura, en caso de que se sienta abrumado. Pero uno o
dos das ms tarde, al leer el captulo una segunda vez, tambin hay
que in- tentar trabajar estos ejemplos porque ayudarn a mejorar la
habilidad para resol- ver un amplio rango de problemas. 9. Notas
marginales: Las breves notas en el margen de casi cada pgina estn
impre- sas en azul y son de cinto tipos: a) notas ordinarias (la
mayora) que sirven como una especie de subrayado del texto y
ayudarn, ms tarde, a localizar conceptos y F B . xxvii
27. ecuaciones importantes; b) notas que se refieren a las
grandes leyes y principios de la fsica, que estn en letras
maysculas y en un recuadro para resaltarlas; c) no- tas que se
refieren a una sugerencia o tcnica de resolucin de problemas
tratada en el texto,que se identifican por el ttuloResolucin de
problemas;d) notas que se refieren a una aplicacin de la fsica en
el texto o a un ejemplo, y que aparecen bajo el ttulo Fsica
aplicada; e) notas de Precaucin que puntualizan una po- sible mala
interpretacin, definida con claridad en el texto adyacente. 10. En
los apndices se encuentra un repaso matemtico ms algunos temas
adicio- nales. En las cubiertas interiores se incluyen datos tiles,
factores de conversin y frmulas matemticas. xxviii
28. Agradecimientos Agradecemos a todos los profesores que han
sido leales usuarios y han impartido la materia de Fsica en los
pases de habla hispana con el apoyo del reconocido libro de
Giancoli. Sus valiosos comentarios han servido para enriquecer el
desarrollo de la actual edicin. Esperamos que con el uso de este
texto cumplan satisfactoriamente los objetivos del programa del
cur- so y preparen a sus alumnos para enfrentar los retos actuales
dentro del mbito de las ciencias. En especial deseamos agra- decer
el apoyo y retroalimentacin que nos han dado los siguientes
profesores: COLOMBIA Abraham Lincoln Clara Ortiz Anglo Americano
Miguel Tolosa Cardenal Paccelly Jenny Correa Emmanuel dAlzon
Francisco Ruggiero Gimnasio del Norte Luis Eduardo Cano Mara
Mazzarello Diana Medina San Jorge de Inglaterra Nelson Roby MXICO
Bachillerato Internacional Vctor Gerardo Delgado CIDEB Margarita
Nerio Colego Arji Nancy de Alba Bellizzia Colegio Columbio Eliseo
Garca Sosa Colegio Franco Ingls Fernando Macas Martnez Colegio
Hebreo Tarbut Esther Murrow Colegio Mxico Bachillerato Mara del
Socorro Garca Manuel Carrillo Ricaldi Colegio Montaignac Juana
Velzquez Colegio Rossland Vctor Manuel Jimnez Romero Colegio Simn
Bolivar Alejandro Jimnez Rubn Daro Daz Rojas Colegio Unin Martha
Patricia Elingher Colegio Vermont Pastor Martnez Escuela
Internacional S.C. Jos Luis Juambelz Escuela Nacional Preparatoria
Plantel 6 Luis Fernando Tern Mendieta Jos Arturo Mompala I.E.S.CH.
Samuel Len Brindis Manuel de Jess Arreola Ruiz Instituto Mier y
Pesado Cayetano Andrade Zavala Instituto Simn Bolivar Isaac Galindo
ITESM campus Quertaro Jaime Salvador Castellanos Preparatoria
Cumbres Enrique Barreto Trujano Preparatoria Motolinia Gerardo
Zavala Rodrguez Universidad del Valle de Mxico Ivonne Ibarra Silva
Universidad La Salle A.C. Alberto Lima Universidad St Johns
Margarito Rodrguez
29. FSICA 2PRINCIPIOS CON APLICACIONES
30. E l sonido est asociado con el sentido del odo y, por
tanto, con la fisiologa de los odos y la psicologa del cerebro, que
interpreta las sensaciones que lle- gan a los odos. El trmino
sonido tambin se refiere a la sensacin fsica que estimula los odos:
las ondas longitudinales. Es posible distinguir tres aspectos de
cualquier sonido. Primero, debe existir una fuente; como con
cualquier onda, la fuente de una onda sonora es un objeto que
vibra. Segundo, la energa se transfiere desde la fuente en la forma
de ondas sono- ras longitudinales. Y tercero, el sonido es
detectado por un odo o por un micrfono. El captulo comienza con la
observacin de algunos aspectos de las ondas sonoras mismas.
Caractersticas del sonido En el captulo 11 (figura 11-25), se vio
cmo un tambor que vibra produce una onda sonora en el aire. De
hecho, por lo general, se piensa que las ondas sonoras viajan en el
aire, pero normalmente son las vibraciones del aire las que fuerzan
a los tmpanos a vibrar. Las ondas sonoras tambin pueden viajar en
otros mate- riales. 121 322 CAPTULO12 Sonido Si la msica es el
alimento de la fsi- ca, hay que interpretarla. [Shakes- peare, La
duodcima noche, lnea 1.] Una orquesta incluye instrumen- tos de
cuerda, cuyo sonido depende de ondas estacionarias transversales
sobre cuerdas, e instrumentos de vien- to, cuyo sonido se origina
en las on- das estacionarias longitudinales de una columna de aire.
Los instrumentos de percusin, por su parte, crean on- das
estacionarias ms complejas. En este captulo, adems de exa- minar
las fuentes del sonido, tambin se estudiar la escala de decibeles
del nivel de sonido, la respuesta del odo, la interferencia y los
batimien- tos de las ondas sonoras, el efecto Doppler, las ondas de
choque y el estampido supersnico, as como la formacin de imgenes
mediante ul- trasonido.
31. SECCIN 121 Caractersticas del sonido 323 TABLA 121 Rapidez
del sonido en varios materiales (20C y 1 atm) Material Rapidez (m
s) Aire 343 Aire (0C) 331 Helio 1005 Hidrgeno 1300 Agua 1440 Agua
de mar 1560 Hierro y acero Vidrio Aluminio Madera dura Concreto L
3000 L 4000 L 5100 L 4500 L 5000 F S I C A A P L I C A D A A qu
distancia se produjo el relmpago? Intensidad Tono Rango de
frecuencia audible Aunque el tono est determinado principalmente
por la frecuencia, tambin depende en una ligera medida de la
intensidad. Por ejemplo, un sonido muy sonoro puede parecer con un
tono ligera- mente ms bajo que un sonido suave de la misma
frecuencia. Un nadador puede escuchar el sonido de dos piedras que
se golpean bajo el agua, porque sta conduce las vibraciones hacia
el odo. Cuando alguien coloca el odo contra el suelo puede escuchar
el sonido de un tren o de un camin que se aproxi- ma. En este caso,
el suelo en realidad no toca el tmpano, pero la onda longitudinal
transmitida por el suelo se llama onda sonora porque sus
vibraciones provocan que el odo externo y el aire dentro de l
vibren. Es evidente que el sonido no puede via- jar en ausencia de
materia. Por ejemplo, no es posible escuchar una campana que suena
dentro de un recipiente al vaco, y el sonido no puede viajar a
travs de los confines vacos del espacio exterior. La rapidez del
sonido es diferente en distintos materiales. En el aire a 0C y 1
atm, el sonido viaja con una rapidez de 331 ms. En la tabla 12-1 se
indica la ra- pidez del sonido en varios materiales. Los valores
dependen en cierta medida de la temperatura, especialmente en el
caso de los gases. Por ejemplo, cuando el aire est cerca de la
temperatura ambiente, la rapidez se incrementa aproximadamente 0.60
ms por cada grado Celsius de aumento en la temperatura: donde T es
la temperatura en C. A menos que se especifique otra cosa, en este
captulo se supondr que as que ms EJEMPLO CONCEPTUAL 121 Distancia
desde un relmpago. Una regla emprica que ayuda a saber a qu
distancia se produjo un relmpago dice: una mi- lla por cada cinco
segundos antes de que se escuche el trueno. Justifique, notando que
la rapidez de la luz es tan alta casi un milln de veces ms rpi- da
que el sonido) que el tiempo para que la luz viaje es despreciable
en compara- cin con el tiempo para el sonido. RESPUESTA La rapidez
del sonido en el aire es de aproximadamente as que recorrer toma
alrededor de 3 segundos. Una milla es ms o menos 1.6 kilmetros, de
modo que el tiempo para que el trueno viaje una milla es
aproximadamente EJERCICIO A Cul sera la regla emprica del ejemplo
12-1 en trminos de kilmetros? Existen dos aspectos de cualquier
sonido que son inmediatamente evidentes para un escucha humano:
intensidad y tono. Cada uno se refiere a una sensa- cin en la
conciencia del escucha. Pero a cada una de esas sensaciones
subjetivas co- rresponde una cantidad fsicamente mensurable. La
intensidad est relacionada con la energa (energa por unidad de
tiempo que cruza una rea unitaria) en la onda sonora, y se analizar
en la siguiente seccin. El tono de un sonido se refiere a si es
alto, como el sonido de un piccolo o de un violn, o bajo, como el
sonido de un tambor o de un bajo. La cantidad fsica que determina
el tono es la frecuencia, y fue Galileo el primero en notarlo.
Cuanto ms baja sea la frecuencia, ms bajo ser el tono; cuanto ms
alta la frecuencia, mayor el tono. Los odos humanos pueden
responder a frecuencias desde aproximadamente 20 Hz hasta casi
20,000 Hz. (Cabe recordar que 1 Hz es 1 ciclo por segundo). Este
ran- go de frecuencias se llama rango audible, aunque los lmites
varan un poco de un individuo a otro. Una tendenci