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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

Compruebe Lo Aprendido

14.1

La presión encontrada en la parte (a) del ejemplo es completamente independiente de la anchura y la longitud del lago; solo depende de su profundidad media en la presa. Por tanto, la fuerza solamente depende de la profundidad media del agua y de las dimensiones de la presa, no de la extensión horizontal del embalse. En el diagrama, obsérvese que el espesor de la presa aumenta con la profundidad para equilibrar la fuerza creciente debido al aumento de la presión.

14.2

La densidad del mercurio es 13,6 veces mayor que la del agua. Se necesitan 76 cm (29,9 in) de mercurio aproximadamente para medir la presión de la atmósfera, mientras que se necesitarían aproximadamente 10 m (34 ft) de agua.

14.3

Sí, seguiría funcionando, pero como el gas es compresible, no funcionaría con la misma eficacia. Cuando se aplica la fuerza, el gas primero se comprime y se calienta. Por lo tanto, hay que purgar el aire de los conductos de los frenos para hacer que estos funcionen correctamente.

Preguntas Conceptuales

1 .

El mercurio y el agua son líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica. El aire es un gas a temperatura ambiente y presión atmosférica. El vidrio es un material sólido amorfo (no cristalino) a temperatura ambiente y presión atmosférica. En una época se pensaba que el vidrio fluía, pero que lo hacía muy lentamente. Esta teoría surgió de la observación de que los antiguos planos de vidrio eran más gruesos en la parte inferior. Ahora se considera poco probable que esta teoría sea exacta.

3 .

La densidad del aire disminuye con la altitud. Para una columna de aire de temperatura constante, la densidad disminuye exponencialmente con la altitud. Esta es una aproximación justa, pero como la temperatura cambia con la altitud, es solamente una aproximación.

5 .

La presión es la fuerza dividida entre el área. Si un cuchillo está afilado, la fuerza aplicada a la superficie de corte se divide en un área menor que la misma fuerza aplicada con un cuchillo sin filo. Esto significa que la presión sería mayor para el cuchillo más afilado, lo que aumenta su capacidad de corte.

7 .

Si los dos trozos de hielo tuvieran el mismo volumen, producirían el mismo volumen de agua. Sin embargo, el glaciar provocaría la mayor subida del lago porque parte del trozo de hielo flotante ya está sumergido en el lago y, por tanto, ya está contribuyendo a su nivel.

9 .

La presión actúa alrededor de su cuerpo y supone que no está en el vacío.

11 .

Como el nivel del río es muy alto, ha empezado a filtrarse debajo del dique. Se colocan sacos de arena alrededor de la fuga, y el agua retenida por ellos sube hasta alcanzar el mismo nivel del río, momento en el que el agua deja de subir. Los sacos de arena absorberán el agua hasta que esta llegue a la altura del dique.

13 .

La presión atmosférica no afecta la presión del gas en un tanque rígido, pero sí la presión dentro de un globo. En general, la presión atmosférica afecta la presión del fluido, a menos que este esté encerrado en un recipiente rígido.

15 .

La presión de la atmósfera se debe al peso del aire que hay encima. La presión, fuerza por área, en el manómetro será la misma a una profundidad de la atmósfera igual.

17 .

En absoluto. El principio de Pascal dice que el cambio de presión se ejerce a través del fluido. La explicación por la que la bañera llena requiere más fuerza para halar el tapón es por el peso del agua sobre el tapón.

19 .

La fuerza de flotación es igual al peso del fluido desplazado. Cuanto mayor sea la densidad del fluido, menos fluido será necesario desplazar para que el peso del objeto se soporte y flote. Como la densidad del agua salada es mayor que la del agua dulce, se desplazará menos agua salada y el barco flotará más alto.

21 .

Considere dos tuberías diferentes conectadas a una única tubería de menor diámetro con un fluido que circula desde las dos tuberías hacia la tubería más pequeña. Dado que el fluido es forzado a través de un área de sección transversal más pequeña, debe moverse más rápido a medida que las líneas de flujo se acercan. Del mismo modo, si una tubería con un radio grande alimenta a otra con un radio pequeño, las líneas de corriente se acercarán y el fluido se moverá más rápido.

23 .

La masa de agua que entra en una sección transversal debe ser igual a la que sale. Por la ecuación de continuidad, sabemos que la densidad por el área por la velocidad debe permanecer constante. Como la densidad del agua no cambia, la velocidad por el área de la sección transversal que entra en una región debe ser igual al área de la sección transversal por la velocidad que sale de la región. Dado que la velocidad de la corriente de la fuente disminuye a medida que asciende debido a la gravedad, el área debe aumentar. Dado que la velocidad del chorro del grifo se acelera al caer, el área debe disminuir.

25 .

Cuando el tubo se estrecha, el fluido se ve obligado a acelerar, gracias a la ecuación de continuidad y al trabajo realizado sobre el fluido. Cuando el tubo es estrecho, la presión disminuye. Esto significa que el fluido arrastrado se empujará hacia el área estrecha.

27 .

El trabajo realizado por la presión se puede usar para aumentar la energía cinética y ganar energía potencial. A medida que la altura es mayor, queda menos energía para dar a la energía cinética. Finalmente, habrá una altura máxima que no podrá ser superada.

29 .

Debido a la velocidad del aire en el exterior del edificio, la presión fuera de la casa disminuye. La mayor presión en el interior del edificio puede hacer volar el tejado o hacer que el edificio explote.

31 .

El aire dentro de la manguera tiene energía cinética debido a su movimiento. La energía cinética se puede usar para realizar un trabajo contra la diferencia de presión.

33 .

La energía potencial debido a la posición, la energía cinética debido a la velocidad y el trabajo realizado por una diferencia de presión.

35 .

El agua tiene energía cinética debido a su movimiento. Esta energía puede convertirse en trabajo contra la diferencia de presión.

37 .

El agua en el centro de la corriente se mueve más rápido que el agua cerca de la orilla debido a la resistencia entre el agua y la orilla y entre las capas de fluido. También es probable que haya más turbulencia cerca de la orilla, lo que también ralentizará el agua. Al remar corriente arriba, el agua empuja la canoa, por lo que es mejor permanecer cerca de la orilla para minimizar la fuerza que empuja la canoa. Al desplazarse río abajo, el agua empuja la canoa, lo que aumenta su velocidad, y lo más conveniente es permanecer en el centro de la corriente para maximizar este efecto.

39 .

Es de esperar que la velocidad sea menor después de la obstrucción. La resistencia aumenta debido a la reducción del tamaño de la abertura, y se creará turbulencia a causa de la obstrucción, y ambas disposiciones harán que el fluido disminuya su velocidad.

Problemas

41 .

1,610 cm3cm3

43 .

La masa es de 2,58 g. El volumen de su cuerpo aumenta por el volumen de aire que inhala. La densidad media de su cuerpo disminuye cuando respira profundamente porque la densidad del aire es sustancialmente menor que la densidad media del cuerpo.

45 .

3,99 cm

47 .

2,86 veces más denso.

49 .

15,6 g/cm 3 15,6 g/cm 3

51 .

0,760 m = 76,0 cm = 760 mm 0,760 m = 76,0 cm = 760 mm

53 .

prueba

55 .

a. Presión en h=7,06×106Nh=7,06×106N;
b. La presión aumenta a medida que aumenta la profundidad, por lo que la presa se debe construir más gruesa hacia el fondo para soportar la mayor presión.

57 .

4,08 m

59 .

251 atm

61 .

5,76 × 10 3 N fuerza adicional 5,76 × 10 3 N fuerza adicional

63 .

Si el sistema no se mueve, la fricción no tendría importancia. Con la fricción, sabemos que hay pérdidas, por lo que Wo=WiWf;Wo=WiWf; por lo tanto, la producción de trabajo es menor que la entrada de trabajo. En otras palabras, para tener en cuenta la fricción, habría que empujar el pistón de entrada con más fuerza de la calculada.

65 .

a. 99,5 % sumergido; b. 96,9 % sumergido.

67 .

a. 39,5 g; b 50cm350cm3; c. 0,79g/cm30,79g/cm3; alcohol etílico.

69 .

a. 960kg/m3960kg/m3; b. 6,34 %; flota más alto en el agua de mar.

71 .

a. 0,24; b. 0,72; c. Sí, el corcho flotará en alcohol etílico.

73 .

neta F = F 2 F 1 = p 2 A p 1 A = ( p 2 p 1 ) A = ( h 2 ρ fl g h 1 ρ fl g ) A = ( h 2 h 1 ) ρ fl g A , donde ρ fl = densidad del fluido . neta F = ( h 2 h 1 ) A ρ fl g = V fl ρ fl g = m fl g = w fl neta F = F 2 F 1 = p 2 A p 1 A = ( p 2 p 1 ) A = ( h 2 ρ fl g h 1 ρ fl g ) A = ( h 2 h 1 ) ρ fl g A , donde ρ fl = densidad del fluido . neta F = ( h 2 h 1 ) A ρ fl g = V fl ρ fl g = m fl g = w fl

75 .

2,77 cm3/scm3/s

77 .

a. 0,75 m/s; b. 0,13 m/s

79 .

a. 12,6 m/s; b 0,0800m3/s0,0800m3/s; c. No, la tasa de flujo y la velocidad son independientes de la densidad del fluido.

81 .

Si el fluido es incompresible, la tasa de flujo que pasa por ambos lados será igual:

Q=A1v1=A2v2,Q=A1v1=A2v2, o πd124v1=πd224v2v2=v1(d12/d22)=v1(d1/d2)2πd124v1=πd224v2v2=v1(d12/d22)=v1(d1/d2)2

83 .

F = p A p = F A , [ p ] = N/m 2 = N · m/m 3 = J/m 3 = energía/volumen F = p A p = F A , [ p ] = N/m 2 = N · m/m 3 = J/m 3 = energía/volumen

85 .

−135 mm Hg

87 .

a. 1,58×106N/m21,58×106N/m2; b. 163 m

89 .

a. v2=3,28msv2=3,28ms;
b. t=0,55st=0,55s
x=vt=1,81mx=vt=1,81m

91 .

a. 3,02×103N3,02×103N; b. 1,03×1031,03×103

93 .

prueba

95 .

40 m/s

97 .

0,537r0,537r; el radio se reduce al 53,7 % de su valor normal.

99 .

a. 2,40×109Ns/m52,40×109Ns/m5; b. 48,3(N/m2)s48,3(N/m2)s; c. 2,67×104W2,67×104W

101 .

a. Boquilla v=25,5msv=25,5ms
NR=1,27×105>2.000NR=1,27×105>2.000
El flujo no es laminar.
b. Manguera: v=1,96msv=1,96ms
NR=35.100>2.000NR=35.100>2.000
El flujo no es laminar.

103 .

3,16 × 10 4 m 3 /s 3,16 × 10 4 m 3 /s

Problemas Adicionales

105 .

30,6 m

107 .

a. p120=1,60×104N/m2p80=1,07×104N/m2p120=1,60×104N/m2p80=1,07×104N/m2;
b. Dado que un bebé solo mide 20 pulgadas aproximadamente, mientras que un adulto mide 70 pulgadas aproximadamente, se espera que la presión arterial de un bebé sea menor que la de un adulto. La sangre solo siente una presión de 20 pulgadas en vez de 70 pulgadas, por lo que la presión debería ser menor.

109 .

a. 41,4 g; b. 41,4 cm3; c. 1,09 g/cm3. Está claro que no es la densidad del hueso en todas partes. Las bolsas de aire tendrán una densidad de, aproximadamente, 1,29×10−3g/cm31,29×10−3g/cm3, mientras que el hueso será sustancialmente más denso.

111 .

12,3 N

113 .

a. 3,02×10−2cm/s3,02×10−2cm/s. (esta pequeña velocidad permite el tiempo de difusión de los materiales hacia y desde la sangre). b 2,37×10102,37×1010 capilares (esta gran cifra es una sobreestimación, pero sigue siendo razonable).

115 .

a. 2,76×105N/m22,76×105N/m2; b. P2=2,81×105N/m2P2=2,81×105N/m2

117 .

8,7 × 10 −2 mm 3 /s 8,7 × 10 −2 mm 3 /s

119 .

a. 1,52; b. La turbulencia disminuiría la tasa de flujo de la sangre, lo que requeriría un aumento aún mayor de la diferencia de presión, lo que provocaría una mayor presión arterial.

Problemas De Desafío

121 .

p = 0,99 × 10 5 Pa p = 0,99 × 10 5 Pa

123 .

800 kg/m 3 800 kg/m 3

125 .

11,2 m/s

127 .

a. 71,8 m/s; b. 257 m/s

129 .

a. 150cm3/s150cm3/s; b. 33,3cm3/s33,3cm3/s; c. 25,0cm3/s25,0cm3/s; d. 0,0100cm3/s0,0100cm3/s; e. 0,0300cm3/s0,0300cm3/s

131 .

a. 1,20×105N/m21,20×105N/m2; b. La tasa de flujo en el conducto aumenta un 90 %. c. Hay 38 usuarios más por la tarde aproximadamente.

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