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  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      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 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. 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 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      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. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      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. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. 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. Índice

Compruebe Lo Aprendido

10.1

ocho

10.2

más difícil

10.3

La vida media está inversamente relacionada con la tasa de decaimiento, por lo que la vida media es corta. La actividad depende tanto del número de partículas en decaimiento como de la tasa de decaimiento, por lo que la actividad puede ser grande o pequeña.

10.4

Ninguna de las dos; permanece igual.

10.5

es igual

10.6

en la conversión de masa en energía

10.7

potencia

Preguntas Conceptuales

1 .

El núcleo de un átomo está formado por uno o varios nucleones. Un nucleón es un protón o un neutrón. Un nucleído es un núcleo estable.

3 .

Un sistema enlazado debe tener menos masa que sus componentes debido a la equivalencia energía-masa (E=mc2).(E=mc2). Si la energía de un sistema se reduce, la masa total del sistema se reduce. Si se colocan dos ladrillos uno al lado del otro, la atracción entre ellos es puramente gravitacional, suponiendo que los ladrillos sean eléctricamente neutros. La fuerza gravitacional entre los ladrillos es relativamente pequeña (comparada con la fuerza nuclear fuerte), por lo que el defecto de masa es demasiado pequeño para ser observado. Si los ladrillos se pegan con cemento, el defecto de masa es igualmente pequeño porque las interacciones eléctricas entre los electrones que intervienen en la unión son todavía relativamente pequeñas.

5 .

Los nucleones en la superficie de un núcleo interactúan con menos nucleones. Esto reduce la energía de enlace por nucleón, que se basa en un promedio de todos los nucleones del núcleo.

7 .

Que es constante.

9 .

Los rayos gama (γ) se producen por interacciones nucleares y los rayos X y la luz se producen por interacciones atómicas. Los rayos gama suelen tener una longitud de onda más corta que los rayos X, y éstos son más cortos que la luz.

11 .

Supongamos un sistema de coordenadas rectangular con un plano xy que corresponde al plano del papel. αα se dobla en la página (trayectoria parabólica en el plano xz), los rayos β+los rayos β+ se dobla en la página (trayectoria parabólica en el plano xz), y γγ está sin doblar.

13 .

Sí. Una bomba atómica es una bomba de fisión, y una bomba de fisión se produce al dividir el núcleo del átomo.

15 .

Las fuerzas de corto alcance entre los nucleones de un núcleo son análogas a las fuerzas entre las moléculas de agua en una gota de agua. En particular, las fuerzas entre los nucleones en la superficie del núcleo producen una tensión superficial similar a la de una gota de agua.

17 .

Los núcleos producidos en el proceso de fusión tienen una mayor energía de enlace por nucleón que los núcleos fusionados. Es decir, la fusión nuclear disminuye la energía media de los nucleones del sistema. La diferencia de energía se elimina en forma de radiación.

19 .

Las partículas alfa no penetran fácilmente en materiales como la piel y la ropa. (Recordemos que la radiación alfa apenas puede atravesar una fina hoja de papel) Sin embargo, cuando se producen dentro del cuerpo, las células vecinas son vulnerables.

Problemas

21 .

Utilice la regla A=Z+N.A=Z+N.

Número atómico (Z) Número de neutrones (N) Número de masa (A)
(a) 29 29 58
(b) 11 13 24
(c) 84 126 210
(d) 20 25 45
(e) 82 124 206
23 .

a. r=r0A1/3,ρ=3u4πr03r=r0A1/3,ρ=3u4πr03;
b. ρ=2,3×1017kg/m3ρ=2,3×1017kg/m3

25 .

longitud lateral =1,6μm=1,6μm

27 .

92,4 MeV

29 .

8,790 MeV valor del gráfico 8,790 MeV valor del gráfico

31 .

a. 7570 MeV; b. 7,591MeVvalor del gráfico7,591MeVvalor del gráfico

33 .

La constante de decaimiento es igual al valor negativo de la pendiente o 10−9s−1.10−9s−1. La vida media de los núcleos, y por tanto del material, es de T1/2=693million years.T1/2=693million years. (millones de años).

35 .

a. La constante de decaimiento es λ=1,99×10−5s1λ=1,99×10−5s1. b. Como el estroncio-91 tiene una masa atómica de 90,90 g, el número de núcleos en una muestra de 1,00 g es inicialmente
N0=6,63×1021núcleos.N0=6,63×1021núcleos.
La actividad inicial del estroncio 91 es
A0=λN0=1,32×1017decays/sA0=λN0=1,32×1017decays/s
La actividad en t=15,0h=5,40×104st=15,0h=5,40×104s es
A=4,51×1016decays/s.A=4,51×1016decays/s.

37 .

1,20×102mol1,20×102mol; 6,00×103mol6,00×103mol; 3,75×104mol3,75×104mol

39 .

a. 0,988 Ci; b. La vida media de 226Ra226Ra se conoce con más precisión que cuando se creó la unidad Ci.

41 .

a. 2,73μg2,73μg; b. 9,76×104Bq9,76×104Bq

43 .

a. 7,46×105Bq7,46×105Bq; b. 7,75×105Bq7,75×105Bq

45 .

a. 4,273 MeV; b. 1,927×10−51,927×10−5; c. Dado que 238U238U es una sustancia que decae lentamente, solo un número muy pequeño de núcleos decae en escalas de tiempo humanas; por lo tanto, aunque esos núcleos que decaen pierden una fracción notable de su masa, el cambio en la masa total de la muestra no es detectable para una muestra macroscópica.

47 .

a. 3890Sr523990Y51+los rayos β−1+ve3890Sr523990Y51+los rayos β−1+ve; b. 0,546 MeV

49 .

1 3 H 2 2 3 H e 1 + los rayos β + v e 1 3 H 2 2 3 H e 1 + los rayos β + v e

51 .

a. 47Be3+e37Li4+ve47Be3+e37Li4+ve; b. 0,862 MeV

53 .

a. X=82208Pb126X=82208Pb126; b. 33,05 MeV

55 .

a. 177,1 MeV; b. Este valor es aproximadamente igual a la BEN promedio de los núcleos pesados. c. n+92238U1463896Sr58+54140Xe86+3n,Ai=239=Af,Zi=92=38+54=Zfn+92238U1463896Sr58+54140Xe86+3n,Ai=239=Af,Zi=92=38+54=Zf

57 .

a. 2,57×103MW2,57×103MW; b. 8,04×1019fisiones/s8,04×1019fisiones/s; c. 991 kg

59 .

i 11H+11H12H+e++veAi=1+1=2;Af=2Zi=1+1=2Zf=1+1=211H+11H12H+e++veAi=1+1=2;Af=2Zi=1+1=2Zf=1+1=2;
ii. 11H+12H23H+γAi=1+2=3;Af=3+0=3Zi=1+1=2ZE=1+1=211H+12H23H+γAi=1+2=3;Af=3+0=3Zi=1+1=2ZE=1+1=2;
iii. 23H+23H24H+11H+11HAi=3+3=6;Af=4+1+1=6Zi=2+2=4Zf=2+1+1=423H+23H24H+11H+11HAi=3+3=6;Af=4+1+1=6Zi=2+2=4Zf=2+1+1=4

61 .

26,73 MeV

63 .

a. 3×1038protones/s3×1038protones/s; b. 6×1014neutrinos/m2·s6×1014neutrinos/m2·s;
Este número enorme es indicativo de lo poco que interactúa un neutrino, ya que los grandes detectores observan muy pocos al día.

65 .

a. La masa atómica del deuterio (2H2H) es de 2,014102 u, mientras que la del tritio (3H3H) es de 3,016049 u, para un total de 5,032151 u por reacción. Así, un mol de reactivos tiene una masa de 5,03 g, y en 1,00 kg hay (1.000g)/(5,03g/mol)=198,8mol(1.000g)/(5,03g/mol)=198,8mol de reactivos. Por lo tanto, el número de reacciones que se producen es
(198,8mol)(6,02×1023mol−1)=1,20×1026reacciones(198,8mol)(6,02×1023mol−1)=1,20×1026reacciones.
La producción total de energía es el número de reacciones multiplicado por la energía por reacción:
E=3,37×1014J;E=3,37×1014J;
b. La potencia es la energía por unidad de tiempo. Un año tiene 3,16×107s,3,16×107s, así que
P=10,7MW.P=10,7MW.
Esperamos que los procesos nucleares produzcan grandes cantidades de energía, y ciertamente este es el caso. La producción de energía de 3,37×1014J3,37×1014J de la fusión de 1,00 kg de deuterio y tritio equivale a 2,6 millones de galones de gasolina y a unas ocho veces la producción de energía de la bomba que destruyó Hiroshima. Sin embargo, una piscina promedio del patio trasero tiene unos 6 kg de deuterio, por lo que el combustible es abundante si se puede utilizar de forma controlada.

67 .

Gy=SvRBEGy=SvRBE: a. 0,01 Gy; b. 0,0025 Gy; c. 0,16 Gy

69 .

1,24 MeV

71 .

1,69 mm

73 .

Para el cáncer: (3rem)(10106rem·y)=30106y,(3rem)(10106rem·y)=30106y, El riesgo anual de muerte por cáncer inducido es de 30 entre un millón. Para el defecto genético: (3rem)(3,3106rem·y)=9,9106y,(3rem)(3,3106rem·y)=9,9106y, La probabilidad anual de que se produzca un defecto genético inducido es de 10 entre un millón.

Problemas Adicionales

75 .

masa atómica ( Cl ) = 35,5 g/mol masa atómica ( Cl ) = 35,5 g/mol

77 .

a. 1,71×1058kg1,71×1058kg; b. Esta masa es insosteniblemente grande; es mayor que la masa de toda la Vía Láctea. c. El 236U236U no se produce a través de procesos naturales que operan durante mucho tiempo en la Tierra, sino a través de procesos artificiales en un reactor nuclear.

79 .

Si 10 %10 % de rayos quedan después de 2,00 cm, entonces solo quedan (0,100)2=0,01=1 %(0,100)2=0,01=1 % después de 4,00 cm. Esto es mucho menor que el resultado de su compañero de laboratorio (5 %5 %).

81 .

a. 1,68×10−5Ci1,68×10−5Ci; (b) A partir del Apéndice B, la energía liberada por decaimiento es de 4,27 MeV, por lo que 8,65×1010J8,65×1010J; (c) El valor monetario de la energía es de $2,9×103$2,9×103

83 .

Sabemos que λ=3,84×10−12s1λ=3,84×10−12s1 y A0=0,25decaimiento/s·g=15decaimiento/min·g.A0=0,25decaimiento/s·g=15decaimiento/min·g.
Por lo tanto, la edad de la tumba es de
t=13,84×10−12s1ln10decaimiento/min·g15decaimiento/min·g=1,06×1011s3.350y.t=13,84×10−12s1ln10decaimiento/min·g15decaimiento/min·g=1,06×1011s3.350y.

Problemas De Desafío

85 .

a. 6,97×1015Bq6,97×1015Bq; b. 6,24 kW; c. 5,67 kW

87 .

a. Debido a la fuga, la presión en la cámara de la turbina disminuyó considerablemente. La diferencia de presión entre la cámara de la turbina y el condensador de vapor es ahora muy baja. b. Se necesita una gran diferencia de presión para que el vapor pase por la cámara de la turbina y la haga girar.

89 .

Las energías son
Eγ=20,6MeVE4He=5,68×10−2MeVEγ=20,6MeVE4He=5,68×10−2MeV. Observe que la mayor parte de la energía va al rayo γγ.

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