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  1. Prefacio
  2. Mecánica
    1. 1 Unidades y medidas
      1. Introducción
      2. 1.1 El alcance y la escala de la Física
      3. 1.2 Unidades y estándares
      4. 1.3 Conversión de unidades
      5. 1.4 Análisis dimensional
      6. 1.5 Estimaciones y cálculos de Fermi
      7. 1.6 Cifras significativas
      8. 1.7 Resolver problemas de física
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Vectores
      1. Introducción
      2. 2.1 Escalares y vectores
      3. 2.2 Sistemas de coordenadas y componentes de un vector
      4. 2.3 Álgebra de vectores
      5. 2.4 Productos de los vectores
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Movimiento rectilíneo
      1. Introducción
      2. 3.1 Posición, desplazamiento y velocidad media
      3. 3.2 Velocidad y rapidez instantáneas
      4. 3.3 Aceleración media e instantánea
      5. 3.4 Movimiento con aceleración constante
      6. 3.5 Caída libre
      7. 3.6 Calcular la velocidad y el desplazamiento a partir de la aceleración
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Movimiento en dos y tres dimensiones
      1. Introducción
      2. 4.1 Vectores de desplazamiento y velocidad
      3. 4.2 Vector de aceleración
      4. 4.3 Movimiento de proyectil
      5. 4.4 Movimiento circular uniforme
      6. 4.5 Movimiento relativo en una y dos dimensiones
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 5 Leyes del movimiento de Newton
      1. Introducción
      2. 5.1 Fuerzas
      3. 5.2 Primera ley de Newton
      4. 5.3 Segunda ley de Newton
      5. 5.4 Masa y peso
      6. 5.5 Tercera ley de Newton
      7. 5.6 Fuerzas comunes
      8. 5.7 Dibujar diagramas de cuerpo libre
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 6 Aplicaciones de las leyes de Newton
      1. Introducción
      2. 6.1 Resolución de problemas con las leyes de Newton
      3. 6.2 Fricción
      4. 6.3 Fuerza centrípeta
      5. 6.4 Fuerza de arrastre y velocidad límite
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 7 Trabajo y energía cinética
      1. Introducción
      2. 7.1 Trabajo
      3. 7.2 Energía cinética
      4. 7.3 Teorema de trabajo-energía
      5. 7.4 Potencia
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 8 Energía potencial y conservación de la energía
      1. Introducción
      2. 8.1 Energía potencial de un sistema
      3. 8.2 Fuerzas conservativas y no conservativas
      4. 8.3 Conservación de la energía
      5. 8.4 Diagramas de energía potencial y estabilidad
      6. 8.5 Fuentes de energía
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    9. 9 Momento lineal y colisiones
      1. Introducción
      2. 9.1 Momento lineal
      3. 9.2 Impulso y colisiones
      4. 9.3 Conservación del momento lineal
      5. 9.4 Tipos de colisiones
      6. 9.5 Colisiones en varias dimensiones
      7. 9.6 Centro de masa
      8. 9.7 Propulsión de cohetes
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 10 Rotación de un eje fijo
      1. Introducción
      2. 10.1 Variables rotacionales
      3. 10.2 Rotación con aceleración angular constante
      4. 10.3 Relacionar cantidades angulares y traslacionales
      5. 10.4 Momento de inercia y energía cinética rotacional
      6. 10.5 Calcular momentos de inercia
      7. 10.6 Torque
      8. 10.7 Segunda ley de Newton para la rotación
      9. 10.8 Trabajo y potencia en el movimiento rotacional
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 11 Momento angular
      1. Introducción
      2. 11.1 Movimiento rodadura
      3. 11.2 Momento angular
      4. 11.3 Conservación del momento angular
      5. 11.4 Precesión de un giroscopio
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 12 Equilibrio estático y elasticidad
      1. Introducción
      2. 12.1 Condiciones para el equilibrio estático
      3. 12.2 Ejemplos de equilibrio estático
      4. 12.3 Estrés, tensión y módulo elástico
      5. 12.4 Elasticidad y plasticidad
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    13. 13 Gravitación
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de la gravitación universal de Newton
      3. 13.2 Gravitación cerca de la superficie terrestre
      4. 13.3 Energía potencial gravitacional y energía total
      5. 13.4 Órbita satelital y energía
      6. 13.5 Leyes del movimiento planetario de Kepler
      7. 13.6 Fuerzas de marea
      8. 13.7 La teoría de la gravedad de Einstein
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    14. 14 Mecánica de fluidos
      1. Introducción
      2. 14.1 Fluidos, densidad y presión
      3. 14.2 Medir la presión
      4. 14.3 Principio de Pascal y la hidráulica
      5. 14.4 Principio de Arquímedes y flotabilidad
      6. 14.5 Dinámicas de fluidos
      7. 14.6 Ecuación de Bernoulli
      8. 14.7 Viscosidad y turbulencia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Ondas y acústica
    1. 15 Oscilaciones
      1. Introducción
      2. 15.1 Movimiento armónico simple
      3. 15.2 Energía en el movimiento armónico simple
      4. 15.3 Comparación de movimiento armónico simple y movimiento circular
      5. 15.4 Péndulos
      6. 15.5 Oscilaciones amortiguadas
      7. 15.6 Oscilaciones forzadas
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 16 Ondas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ondas en desplazamiento
      3. 16.2 Matemáticas de las ondas
      4. 16.3 Rapidez de onda en una cuerda estirada
      5. 16.4 La energía y la potencia de una onda
      6. 16.5 Interferencia de ondas
      7. 16.6 Ondas estacionarias y resonancia
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 17 Sonido
      1. Introducción
      2. 17.1 Ondas sonoras
      3. 17.2 Velocidad del sonido
      4. 17.3 Intensidad del sonido
      5. 17.4 Modos normales de una onda sonora estacionaria
      6. 17.5 Fuentes de sonido musical
      7. 17.6 Batimientos
      8. 17.7 El Efecto Doppler
      9. 17.8 Ondas expansivas
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
  12. Índice

Problemas

15.1 Movimiento armónico simple

21 .

Demostrar que usando x(t)=Asen(ωt+ϕ)x(t)=Asen(ωt+ϕ) dará los mismos resultados para el periodo de las oscilaciones de una masa y un resorte. ¿Por qué cree que se ha elegido la función coseno?

22 .

¿Cuál es el periodo de 60,0 Hz de la potencia eléctrica?

23 .

Si su ritmo cardíaco es de 150 latidos por minuto durante un ejercicio extenuante, ¿cuál es el tiempo por latido en unidades de segundos?

24 .

Encuentre la frecuencia de un diapasón que toma 2,50×10−3s2,50×10−3s para completar una oscilación.

25 .

Un estroboscopio está configurado para parpadear cada 8,00×10−5s8,00×10−5s. ¿Cuál es la frecuencia de los destellos?

26 .

Un neumático tiene un dibujo de la banda de rodadura con una hendidura cada 2,00 cm. Cada hendidura hace una sola vibración cuando el neumático se mueve. ¿Cuál es la frecuencia de estas vibraciones si el vehículo se mueve a 30,0 m/s?

27 .

Cada pistón de un motor emite un sonido agudo cada dos revoluciones del motor. (a) ¿A qué velocidad va un auto de carreras si su motor de ocho cilindros emite un sonido de frecuencia 750 Hz, dado que el motor hace 2.000 revoluciones por kilómetro? (b) ¿A cuántas revoluciones por minuto gira el motor?

28 .

Un tipo de reloj cucú mantiene la hora gracias a una masa que rebota en un resorte, normalmente algo bonito como un querubín en una silla. ¿Qué constante de fuerza se necesita para producir un periodo de 0,500 s para una masa de 0,0150 kg?

29 .

Una masa m0m0 se sujeta a un resorte y cuelga verticalmente. La masa se eleva una corta distancia en la dirección vertical y se suelta. La masa oscila con una frecuencia f0f0. Si se sustituye la masa por otra nueve veces mayor y se repite el experimento, ¿cuál sería la frecuencia de las oscilaciones en términos de f0f0?

30 .

Una masa de 0,500 kg suspendida de un resorte oscila con un periodo de 1,50 s. ¿Qué masa hay que añadir al objeto para que el periodo pase a ser de 2,00 s?

31 .

¿Qué margen de maniobra (tanto en porcentaje como en masa) tendría en la selección de la masa del objeto en el problema anterior si no quisiera que el nuevo periodo fuera mayor de 2,01 s ni menor de 1,99 s?

15.2 Energía en el movimiento armónico simple

32 .

Se cuelgan peces en un dinamómetro para determinar su masa. (a) ¿Cuál es la constante de fuerza del resorte en dicha balanza si este se estira 8,00 cm para una carga de 10,0 kg? (b) ¿Cuál es la masa de un pez que estira el resorte 5,50 cm? (c) ¿Qué distancia hay entre las marcas de medio kilogramo en la balanza?

33 .

Es la hora del pesaje del equipo local de rugby de menos de 85 kilos. La balanza de baño utilizada para evaluar la elegibilidad se puede describir mediante la ley de Hooke y baja 0,75 cm con su carga máxima de 120 kg. (a) ¿Cuál es la constante de fuerza efectiva del resorte? (b) Un jugador se coloca sobre la balanza y la baja 0,48 cm, ¿es elegible para jugar en este equipo de menos de 85 kilos?

34 .

Un tipo de pistola de balines utiliza un émbolo accionado por un resorte para expulsar los balines de su cañón. (a) Calcule la constante de fuerza del resorte de su émbolo si debe comprimirlo 0,150 m para que el émbolo de 0,0500 kg alcance una velocidad máxima de 20,0 m/s. (b) ¿Qué fuerza hay que ejercer para comprimir el resorte?

35 .

Cuando un hombre de 80,0 kg se sube a un palo saltarín, el resorte se comprime 0,120 m. (a) ¿Cuál es la constante de fuerza del resorte? (b) ¿Se comprimirá más el resorte cuando salte por la carretera?

36 .

Un resorte tiene una longitud de 0,200 m cuando cuelga de él una masa de 0,300 kg, y una longitud de 0,750 m cuando cuelga de él una masa de 1,95 kg. (a) ¿Cuál es la constante de fuerza del resorte? (b) ¿Cuál es la longitud sin carga del resorte?

37 .

La longitud de la cuerda de nailon de la que está suspendido un alpinista tiene una constante de fuerza efectiva de 1,40×104N/m1,40×104N/m. (a) ¿Cuál es la frecuencia con la que rebota, dado que su masa y la masa de su equipo suman 90,0 kg? (b) ¿Cuánto se estiraría esta cuerda para frenar la caída del escalador si cae en caída libre 2,00 m antes de que la cuerda se estire? (Pista: Utilice conservación de energía). (c) Repita las dos partes de este problema en la situación en la que se utiliza el doble de esta longitud de cuerda de nailon.

15.3 Comparación de movimiento armónico simple y movimiento circular

38 .

El movimiento de una masa sobre un resorte colgado verticalmente, en el que la masa oscila hacia arriba y hacia abajo, también se puede modelar con el disco giratorio. En vez de ubicar las luces horizontalmente a lo largo de la parte superior y apuntando hacia abajo, ubíquelas verticalmente y haga que brillen en el lado del disco giratorio. Se producirá una sombra en una pared cercana y se moverá hacia arriba y hacia abajo. Escriba las ecuaciones del movimiento de la sombra que toma la posición en t=0,0st=0,0s para ser y=0,0my=0,0m con la masa moviéndose en la dirección y positiva.

39 .

(a) Un reloj novedoso tiene un objeto de 0,0100 kg de masa que rebota sobre un resorte que tiene una constante de fuerza de 1,25 N/m. ¿Cuál es la velocidad máxima del objeto si este rebota 3,00 cm por encima y por debajo de su posición de equilibrio? b) ¿Cuántos julios de energía cinética tiene el objeto a su velocidad máxima?

40 .

El movimiento basculante utiliza la rotación de un motor para producir un movimiento lineal hacia arriba y hacia abajo o hacia adelante y hacia atrás. Así es como funciona una sierra basculante, como se muestra a continuación.

Un diagrama de un motor, representado como un disco que gira sobre su eje, y hace que una cuchilla de sierra se mueva horizontalmente. En la parte inferior del disco del motor hay un enlace que se conecta a la cuchilla horizontal. El enganche puede pivotar en ambos extremos. La cuchilla está obligada a moverse horizontalmente por un hueco horizontal en un bloque guía.

Si el motor gira a 60 Hz y tiene un radio de 3,0 cm, calcule la velocidad máxima de la cuchilla de sierra cuando se mueve a la izquierda y a la derecha. Este diseño se conoce como yugo escocés.

41 .

Un estudiante se sitúa en el borde de un tiovivo que gira cinco veces por minuto y tiene un radio de dos metros una tarde mientras se pone el sol. El estudiante produce una sombra en el edificio cercano. (a) Escriba una ecuación para la posición de la sombra. (b) Escriba una ecuación para la velocidad de la sombra.

15.4 Péndulos

42 .

¿Cuál es la longitud de un péndulo que tiene un periodo de 0,500 s?

43 .

Algunas personas piensan que un péndulo con un periodo de 1,00 s se puede impulsar con “energía mental” o psicocinética, ya que su periodo es el mismo que el de un latido de corazón promedio. Cierto o no, ¿cuál es la longitud de dicho péndulo?

44 .

¿Cuál es el periodo de un péndulo de 1,00 m de longitud?

45 .

¿Cuánto tiempo tarda un niño en un columpio en hacer un balanceo si su centro de gravedad está a 4,00 m por debajo del apoyo?

46 .

El péndulo de un reloj cucú mide 5,00 cm de largo. ¿Cuál es su frecuencia?

47 .

Dos periquitos se sientan en un columpio con sus CM combinados a 10,0 cm por debajo del apoyo. ¿A qué frecuencia se balancean?

48 .

a) Un péndulo que tiene un periodo de 3,00000 s y que está situado donde la aceleración debido a la gravedad es 9,79m/s29,79m/s2 se traslada a un lugar donde la aceleración debido a la gravedad es 9,82m/s29,82m/s2. ¿Cuál es su nuevo periodo? (b) Explique por qué se necesitan tantos dígitos en el valor del periodo, basándose en la relación entre el periodo y la aceleración debido a la gravedad.

49 .

Un péndulo con un periodo de 2,00000 s en un lugar (g=9,80m/s2g=9,80m/s2) se traslada a una nueva ubicación donde el periodo es ahora de 1,99796 s. ¿Cuál es la aceleración debido a la gravedad en su nueva ubicación?

50 .

(a) ¿Cuál es el efecto en el periodo de un péndulo si duplicara su longitud? (b) ¿Cuál es el efecto en el periodo de un péndulo si disminuyera su longitud en un 5,00 %?

15.5 Oscilaciones amortiguadas

51 .

La amplitud de un oscilador ligeramente amortiguado disminuye en 3,0%3,0% durante cada ciclo. ¿Qué porcentaje de la energía mecánica del oscilador se pierde en cada ciclo?

15.6 Oscilaciones forzadas

52 .

¿Cuánta energía debe disipar el sistema de suspensión de un automóvil de 1.200 kg para amortiguar un rebote que inicialmente tiene una velocidad de 0,800 m/s en la posición de equilibrio? Suponga que el automóvil vuelve a su posición vertical original.

53 .

Si un automóvil tiene un sistema de suspensión con una constante de fuerza de 5,00×104N/m5,00×104N/m, ¿cuánta energía debe eliminar el sistema de suspensión del automóvil para amortiguar una oscilación que comienza con un desplazamiento máximo de 0,0750 m?

54 .

(a) ¿Cuánto se estirará un resorte que tiene una constante de fuerza de 40,0 N/m por un objeto con una masa de 0,500 kg cuando se cuelga inmóvil del resorte? (b) Calcule la disminución de la energía potencial gravitacional del objeto de 0,500 kg cuando desciende esta distancia. (c) Parte de esta energía gravitacional va al resorte. Calcule la energía almacenada en el resorte por este estiramiento y compárela con la energía potencial gravitacional. Explique a dónde puede ir el resto de la energía.

55 .

Suponga que tiene un objeto de 0,750 kg en una superficie horizontal conectado a un resorte que tiene una constante de fuerza de 150 N/m. Hay una fricción simple entre el objeto y la superficie con un coeficiente de fricción estática μs=0,100μs=0,100. (a) ¿Hasta dónde puede estirarse el resorte sin que se mueva la masa? (b) Si el objeto se pone en oscilación con una amplitud dos veces superior a la distancia hallada en la parte (a), y el coeficiente cinético de fricción es μk=0,0850μk=0,0850, ¿qué distancia total recorre antes de detenerse? Suponga que comienza en la máxima amplitud.

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