Física para Ciencias e Ingeniería, Volumen 1 [10 ed.] 9786075266718

Table of contents :
Parte 1 Mecánica
1 Física y medición
1.1 Estándares de longitud, masa y tiempo
1.2 Modelado y representaciones alternativas
1.3 Análisis dimensional
1.4 Conversión de unidades
1.5 Estimaciones y cálculos de orden de magnitud
1.6 Cifras significativas

2 Movimiento en una dimensión
2.1 Posición, velocidad y rapidez de una partícula
2.2 Velocidad y rapidez instantáneas
2.3 Modelo de análisis: La partícula bajo velocidad constante
2.4 Propuesta del modelo de análisis para resolver problemas
2.5 Aceleración
2.6 Diagramas de movimiento
2.7 Análisis de modelo: La partícula bajo aceleración constante
2.8 Objetos en caída libre
2.9 Ecuaciones cinemáticas deducidas del cálculo
Ecuaciones cinemáticas

3 Vectores
3.1 Sistemas coordenados
3.2 Cantidades vectoriales y escalares
3.3 Aritmética vectorial básica
3.4 Componentes de un vector y vectores unitarios

4 Movimiento en dos dimensiones
4.1 Vectores de posición, velocidad y aceleración
4.2 Movimiento en dos dimensiones con aceleración constante
4.3 Movimiento de proyectil
4.4 Modelo de análisis: Partícula en movimiento circular uniforme
4.5 Aceleraciones tangencial y radial
4.4 Velocidad y aceleración relativas

5 Las leyes del movimiento
5.1 Concepto de fuerza
5.2 Primera ley de Newton y marcos inerciales
5.3 Masa
5.4 Segunda ley de Newton
5.5 Fuerza gravitacional y peso
5.6 Tercera ley de Newton
5.7 Modelos de análisis utilizando la segunda ley de Newton
8.8 Fuerzas de fricción

6 Movimiento circular y otras aplicaciones de las leyes de Newton
6.1 Extensión del modelo de partícula en el movimiento circular uniforme
6.2 Movimiento circular no uniforme
6.3 Movimiento en marcos acelerados
6.4 Movimiento en presencia de fuerzas resistivas

7 Energía de un sistema
7.1 Sistemas y entornos
7.2 Trabajo realizado por una fuerza constante
7.3 Producto escalar de dos vectores
7.4 Trabajo realizado por una fuerza variable
7.5 Energía cinética y el teorema trabajo-energía cinética
7.6 Energía potencial de un sistema
7.7 Fuerzas conservativas y no conservativas
7.8 Diagramas de energía y equilibrio de un sistema
7.9 Diagramas de energía y equilibrio de un sistema

8 Conservación de la energía
8.1 Modelo de análisis: Sistema aislado (Energía)
8.2 Modelo de análisis: El sistema aislado (Energía)
8.3 Situaciones que incluyen fricción cinética
8.4 Cambios en energía mecánica para fuerzas no conservativas
8.5 Potencia

9 Cantidad de movimiento lineal y colisiones
9.1 Cantidad de movimiento lineal
9.2 Análisis de modelo: Sistema aislado (cantidad de movimiento)
9.3 Modelo de análisis: Sistema no aislado (cantidad de movimiento)
9.4 Colisiones en una dimensión
9.5 Colisiones en dos dimensiones
9.6 El centro de masa
9.7 Sistemas de muchas partículas
9.8 Sistemas deformables
9.9 Propulsión de cohetes

10 Rotación de un objeto rígido en torno a un eje fijo
10.1 Posición, velocidad y aceleración angular
10.2 Modelo de análisis: Objeto rígido bajo aceleración angular constante
10.3 Cantidades angulares y traslacionales
10.4 Momento de torsión
10.5 Modelo de análisis: Objeto rígido bajo un momento de torsión neto
10.6 Cálculo de momentos de inercia
10.7 Energía cinética rotacional
10.8 Consideraciones energéticas en el movimiento rotacional
10.9 Movimiento de rodamiento de un objeto rígido

11 Cantidad de movimiento angular
11.1 Producto vectorial y momento de torsión
11.2 Modelo de análisis: sistema no aislado (cantidad de movimiento angular)
11.3 Cantidad de movimiento angular de un objeto rígido rotatorio
11.4 Modelo de análisis: sistema aislado (cantidad de movimiento angular)
11.5 El movimiento de giroscopios y trompos

12 Equilibrio estático y elasticidad
12.1 Modelo de análisis: Objeto rígido en equilibrio
12.2 Más acerca del centro de gravedad
12.3 Ejemplos de objetos rígidos en equilibrio estático
12.4 Propiedades elásticas de los sólidos

13 Gravitación universal
13.1 Ley de Newton de gravitación universal
13.2 Aceleración en caída libre y fuerza gravitacional
13.3 Modelo de análisis: Partícula en un campo (gravitacional)
13.4 Las leyes de Kepler y el movimiento de los planetas
13.5 Energía potencial gravitacional
13.6 Consideraciones energéticas en el movimiento planetario y de satélites

14 Mecánica de fluidos
14.1 Presión
14.2 Variación de la presión con la profundidad
14.3 Mediciones de presión
14.4 Fuerzas de flotación y principio de Arquímedes
14.5 Dinámica de fluidos
14.6 Ecuación de Bernoulli
14.7 Flujo de fluidos viscosos en tuberías
14.8 Otras aplicaciones de la dinámica de fluidos

Parte 2 Oscilaciones y ondas mecánicas
15 Movimiento oscilatorio
15.1 Movimiento de un objeto unido a un resorte
15.2 Partícula en movimiento armónico simple
15.3 Energía del oscilador armónico simple
15.4 Comparación de movimiento armónico simple con movimiento circular uniforme
15.5 El péndulo
15.6 Oscilaciones amortiguadas
15.7 Oscilaciones forzadas

16 Movimiento ondulatorio
16.1 Propagación de una perturbación
16.2 Modelo de análisis: onda viajera
16.3 La rapidez de ondas en cuerdas
16.4 Rapidez de transferencia de energía mediante ondas sinusoidales sobre cuerdas
16.5 La ecuación de onda lineal
16.6 Ondas sonoras
16.7 Rapidez de ondas sonoras
16.8 Intensidad de ondas sonoras
16.9 El efecto Doppler

17 Sobreposición y ondas estacionarias
17.1 Modelo de análisis: Ondas en interferencia
17.2 Ondas estacionarias
17.3 Efectos de frontera: Reflexión y transmisión
17.4 Modelo de análisis: Ondas bajo condiciones de frontera
17.5 Resonancia
17.6 Ondas estacionarias en columnas de aire
17.7 Batimientos: Interferencia en el tiempo
17.8 Patrones de ondas no sinusoidales

Parte 3 Termodinámica
18 Temperatura
18.1 Temperatura y ley cero de la termodinámica
18.2 Termómetros y escala de temperatura Celsius
18.3 Termómetro de gas a volumen constante y escala absoluta de temperatura
18.4 Expansión térmica de sólidos y líquidos
18.5 Descripción macroscópica de un gas ideal

19 Primera ley de la termodinámica
19.1 Calor y energía interna
19.2 Calor específico y calorimetría
19.3 Calor latente
19.4 Trabajo y calor en procesos termodinámicos
19.5 Primera ley de la termodinámica
19.6 Mecanismos de transferencia de energía en procesos térmicos

20 Teoría cinética de los gases
20.1 Modelo molecular de un gas ideal
20.2 Calor específico molar de un gas ideal
20.3 Equipartición de la energía
20.4 Procesos adiabáticos para un gas ideal
20.5 Distribución de rapideces moleculares

21 Máquinas térmicas, entropía y segunda ley de la termodinámica
21.1 Máquinas térmicas y segunda ley de la termodinámica
21.2 Bombas de calor y refrigeradores
21.3 Procesos reversibles e irreversibles
21.4 La máquina de Carnot
21.5 Motores de gasolina y diesel
21.6 Entropía
21.7 Entropía en sistemas termodinámicos
21.8 Entropía y la segunda ley

Apéndices
Apéndice A Tablas
TABLA A.1 Factores de conversión
TABLA A.2 Símbolos, dimensiones y unidades de cantidades físicas

Apéndice B Repaso matemático
B.1 Notación científica
B.2 Álgebra
B.3 Geometría
B.4 Trigonometría
B.5 Desarrollo de series
B.6 Cálculo diferencial
B.7 Cálculo Integral
B.8 Propagación de incertidumbre

Apéndice C Tabla periódica de los elementos

Apéndice D Unidades del SI
TABLA D.1 Unidades del SI
TABLA D.2 Algunas unidades derivadas del SI

Citation preview

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Carta pedagógica de colores Mecánica y termodinámica vectores cantidad de movimiento S lineal ( p ) y cantidad S de movimiento angular ( L)

Desplazamiento y vectores de posición Vectores desplazamiento y componentes de los vectores de posición

Vectores componentes de cantidad de movimiento lineal y angular

Vectores de velocidad S S lineal ( v ) y angular (v) Vectores componentes de la velocidad S Vectores de fuerza(F) Vectores componentes de fuerza

S

Vectores de momento de fuerza( t) Vectores componentes de momento de fuerza Direcciones de diagramas de movimiento lineal o rotacional

S

Vectores aceleración( a ) Vectores componentes de aceleración Flechas de transferencia de energía

Wmotor

Flecha de dimensión rotacional Flecha ampliada

Qc Qh

Resortes Poleas

Flecha de proceso

Electricidad y magnetismo Líneas de campo eléctrico Vectores de campo eléctrico Vectores componentes de campo eléctrico

Capacitores

Líneas de campo magnético Vectores de campo magnético Vectores componentes de campo magnético

Voltímetros

V

Amperímetros

A

Cargas positivas Cargas negativas

Inductores (bobinas)

Fuentes de CA Lamparas

Resistencias

Símbolo de tierra

Baterías y otros Fuentes de alimentación de CC

Corriente

Interruptores

Luz y óptica Rayos de luz

Espejo plano Espejo curvo

Extensión del rayo de luz Objetos Lente convergente Lente divergente

Imágenes © D.R. 2019 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V.

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Física

1

para ciencias e ingeniería DÉCIMA EDICIÓN Revisión técnica

Raymond A. Serway Emeritus, James Madison University

México

Luis González Urbán

Adrián Arreola Pérez

Instituto Politécnico Nacional

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Querétaro

Marcela Martha Villegas Garrido

Aurelio Domínguez González

John W. Jewett, Jr. Emeritus, California State Polytechnic University, Pomona

Universidad Autónoma de Querétaro

Mario Alberto Montante Garza

Carlos Alberto Pereyda Pierre

Instituto Tecnológico de Querétaro

Instituto Tecnológico de Hermosillo

Miguel Ángel Alonzo Flores

Claudia Camacho Zuñiga

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Toluca

Fredy Jiménez Rojas

Con las contribuciones de Vahé Peroomian, University of Southern California

Instituto Tecnológico de Celaya

Jaime Castillo Torres Universidad Iberoamericana

Jaime Jiménez Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, campus Toluca

Traducción Ana Elizabeth García Hernández

Javier León Cárdenas Instituto Politécnico Nacional

José García Romero

Revisión técnica Misael Flores Rosas Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Instituto Politécnico Nacional

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Estado de México

Universidad Autónoma del Estado de México

José Luis Luna Segovia Instituto Tecnológico de Celaya

Omar Olmos López Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey

Oswaldo Monroy Nava Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Toluca

Raymundo Escamilla Sánchez Universidad Autónoma del Estado de México

Rodolfo Felix Acosta Universidad LaSalle del Noroeste

Rodolfo Rodríguez y Masegosa Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey

Samuel Rosalio Cuevas Universidad de Guadalajara

Juan Méndez Ramírez Tecnológico de Estudios Superiores de Jocotitlán

Costa Rica

Judith Pérez Morales

Universidad de Costa Rica

Universidad Autónoma del Estado de México

Lucio López Cavazos Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Querétaro

Fernando Ureña Elizondo Germán Vidaurre Universidad de Costa Rica

$XVWUDOLDȏ%UDVLOȏ&RUHDȏ(VSD³Dȏ(VWDGRV8QLGRVȏ-DSµQȏ0«[LFRȏ5HLQR8QLGRȏ6LQJDSXU © D.R. 2019 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V.

Física para ciencias e ingeniería 1 Décima edición 5D\PRQG$6HUZD\ -RKQ:-HZHWW-U Director Higher Education Latinoamérica: 5HQ]R&DVDS¯D9DOHQFLD Gerente editorial Latinoamérica: -HV¼V0DUHV&KDFµQ Editor Senior Hardside: 3DEOR0LJXHO*XHUUHUR5RVDV Coordinador de manufactura: 5DIDHO3«UH]*RQ]£OH] Diseño de portada: (GJDU0DOGRQDGR+HUQ£QGH] Imágenes de portada: =KDQJ-LDQ&KHQJGX(FRQRPLF'DLO\ 9&**HWW\ΖPDJHV &RPSRVLFLµQWLSRJU£ȴFD (GLFLRQHV29$

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