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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

15.1

La regla es un sistema más rígido, que soporta mayor fuerza para la misma cantidad de desplazamiento. La regla rompe su mano con más fuerza, lo que duele más.

15.2

Puede aumentar la masa del objeto que está oscilando. Otras opciones serían reducir la amplitud o utilizar un resorte menos rígido.

15.3

En el centro de la mesa se encuentra una botella de kétchup sobre una bandeja giratoria. Usted la pone a girar en movimiento circular uniforme. Un juego de luces ilumina la botella, lo que produce una sombra en la pared.

15.4

El movimiento de los péndulos no diferirá en absoluto porque la masa de la pesa no tiene ningún efecto sobre el movimiento de un péndulo simple. Los péndulos solo se ven afectados por el periodo (el cual está relacionado con la longitud del péndulo) y por la aceleración debido a la gravedad.

15.5

La fricción suele entrar en juego cuando un objeto se mueve. La fricción provoca amortiguación en un oscilador armónico.

15.6

El intérprete debe cantar una nota que corresponda a la frecuencia natural de la copa. Cuando la onda sonora se dirige a la copa, esta responde resonando a la misma frecuencia que la onda sonora. Si se introduce suficiente energía en el sistema, la copa empieza a vibrar y acaba por romperse.

Preguntas Conceptuales

1 .

La fuerza restauradora debe ser proporcional al desplazamiento y actuar en sentido contrario a la dirección del movimiento, sin fuerzas de arrastre ni de fricción. La frecuencia de oscilación no depende de la amplitud.

3 .

Ejemplos: Una masa unida a un resorte sobre una mesa sin fricción, una masa colgada de una cuerda y un péndulo simple con una pequeña amplitud de movimiento. Todos estos ejemplos tienen frecuencias de oscilación que son independientes de la amplitud.

5 .

Como la frecuencia es proporcional a la raíz cuadrada de la constante de fuerza e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa, es probable que el camión esté muy cargado, ya que la constante de fuerza sería la misma tanto si el camión está vacío como si está muy cargado.

7 .

En un automóvil, la energía potencial elástica se almacena cuando el choque se extiende o se comprime. En algunos zapatos para correr la energía potencial elástica se almacena en la compresión del material de las suelas de los zapatos. En el salto con pértiga, la energía potencial elástica se almacena en la flexión de la pértiga.

9 .

El sistema general es estable. Puede haber momentos en los que la estabilidad se vea interrumpida por una tormenta, pero la fuerza impulsora proporcionada por el sol devuelve a la atmósfera a un patrón estable.

11 .

La velocidad máxima es igual a vmáx.=Aωvmáx.=Aω y la frecuencia angular es independiente de la amplitud, por lo que esta se vería afectada. El radio del círculo representa la amplitud del círculo, lo que hace que la amplitud sea mayor.

13 .

El periodo del péndulo es T=2πL/g.T=2πL/g. En verano, la longitud aumenta y el periodo también. Si el periodo debe ser de un segundo, pero el periodo es mayor de un segundo en el verano, oscilará menos de 60 veces por minuto y el reloj funcionará lentamente. En invierno irá rápido.

15 .

Sistema de suspensión de un automóvil.

17 .

La segunda ley de la termodinámica establece que las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles. Finalmente, el movimiento ordenado del sistema disminuye y vuelve al equilibrio.

19 .

Todo movimiento armónico es un movimiento armónico amortiguado, pero la amortiguación puede ser insignificante. Esto se debe a las fuerzas de fricción y arrastre. Es fácil calcular cinco ejemplos de movimiento amortiguado: (1) Una masa que oscila sobre un resorte (al final llega al reposo). (2) El sistema de suspensión de un automóvil (por suerte, también llegan a estar en reposo). (3) Un péndulo es un reloj de pie (se añaden pesos para añadir energía a las oscilaciones). (4) Un niño en un columpio (al final se queda parado, a menos que se añada energía empujándolo). (5) Una canica rodando en un bol (al final se detiene). En cuanto al movimiento no amortiguado, incluso una masa sobre un resorte en el vacío acabará por llegar al reposo debido a las fuerzas internas del resorte. La amortiguación puede ser insignificante, pero no puede eliminarse.

Problemas

21 .

Prueba

23 .

0,400 s/latido

25 .

12.500 Hz

27 .

a. 340 km/h; b 11,3×10311,3×103 rev/min

29 .

f = 1 3 f 0 f = 1 3 f 0

31 .

0,009 kg; 2 %

33 .

a. 1,57×105N/m1,57×105N/m; b. 77 kg, sí, es elegible para jugar.

35 .

a. 6,53×103N/m6,53×103N/m; b. sí, cuando el hombre está en su punto más bajo en su salto el resorte estará más comprimido.

37 .

a. 1,99 Hz; b. 44,3 cm; c. 65,0 cm

39 .

a. 0,335 m/s; b 5,61×10−4J5,61×10−4J

41 .

a. x(t)=2mcos(0,52s−1t)x(t)=2mcos(0,52s−1t); b. v(t)=(-1,05m/s)sen(0,52s−1t)v(t)=(-1,05m/s)sen(0,52s−1t)

43 .

24,8 cm

45 .

4,01 s

47 .

1,58 s

49 .

9,82002 m/s 2 9,82002 m/s 2

51 .

6 %

53 .

141 J

55 .

a. 4,90×10−3m4,90×10−3m; b. 1,15×10−2m1,15×10−2m

Problemas Adicionales

57 .

94,7 kg

59 .

a. 314 N/m; b. 1,00 s; c. 1,25 m/s

61 .

relación de 2,45

63 .

La longitud debe aumentar un 0,0116 %.

65 .

θ = ( 0,31 rad ) sen ( 3,13 s −1 t ) θ = ( 0,31 rad ) sen ( 3,13 s −1 t )

67 .

a. 0,99 s; b. 0,11 m

Problemas De Desafío

69 .

a. 3,95×106N/m3,95×106N/m; b. 7,90×106J7,90×106J

71 .

F constante r F constante r

73 .

a. 7,54 cm; b 3,25×104N/m3,25×104N/m

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