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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

7.1

( 3 + 4 i ) ( 3 4 i ) = 9 16 i 2 = 25 ( 3 + 4 i ) ( 3 4 i ) = 9 16 i 2 = 25

7.2

A = 2 / L A = 2 / L

7.3

( 1 / 2 1 / π ) / 2 = 9 % ( 1 / 2 1 / π ) / 2 = 9 %

7.4

4,1×10−8eV4,1×10−8eV; 1,1×10−5nm1,1×10−5nm

7.5

0,5 m ω 2 x 2 ψ ( x ) * ψ ( x ) 0,5 m ω 2 x 2 ψ ( x ) * ψ ( x )

7.6

Ninguna. La primera función tiene una discontinuidad; la segunda función es de doble valor; y la tercera función diverge, por lo que no es normalizable.

7.7

a. 9,1 %; b. 25 %

7.8

a. 295 N/m; b. 0,277 eV

7.9

x = 0 x = 0

7.10

L protón / L electrón = m e / m p = 2,3 % L protón / L electrón = m e / m p = 2,3 %

Preguntas Conceptuales

1 .

1/L,1/L, donde L=longitudL=longitud; 1/L, donde L=longitudL=longitud

3 .

La función de onda no se corresponde directamente con ninguna cantidad medida. Es una herramienta para predecir los valores de las cantidades físicas.

5 .

El valor medio de la cantidad física para un gran número de partículas con la misma función de onda.

7 .

Sí, si su posición es completamente desconocida. Sí, si su momento es completamente desconocido.

9 .

No. Según el principio de incertidumbre, si la incertidumbre sobre la posición de la partícula es pequeña, la incertidumbre sobre su momento es grande. Del mismo modo, si la incertidumbre sobre la posición de la partícula es grande, la incertidumbre sobre su momento es pequeña.

11 .

No, significa que las predicciones sobre la partícula (expresadas en términos de probabilidades) son independientes del tiempo.

13 .

No, porque la probabilidad de que la partícula exista en un intervalo estrecho (infinitesimalmente pequeño) en la discontinuidad es indefinida.

15 .

No. En un pozo cuadrado infinito, el espacio entre los niveles de energía aumenta con el número cuántico n. La energía más pequeña medida corresponde a la transición de n = 2 a 1, que es tres veces la energía del estado fundamental. La mayor energía medida corresponde a una transición de n=n= a 1, que es infinito. (Nota: Incluso las partículas con energías extremadamente grandes permanecen ligadas a un pozo potencial infinito: nunca pueden "escapar").

17 .

No. Esta energía corresponde a n=0,25n=0,25, pero n debe ser un número entero.

19 .

Porque el menor valor permitido del número cuántico n para un oscilador armónico simple es 0. No, porque la mecánica cuántica y la mecánica clásica solo coinciden en el límite de grandes nn.

21 .

Sí, dentro de las limitaciones del principio de incertidumbre. Si la partícula oscilante está localizada, el momento y por tanto la energía del oscilador están distribuidos.

23 .

duplicar el ancho de la barrera

25 .

No, la fuerza restauradora sobre la partícula en las paredes de un pozo potencial infinito es infinita.

Problemas

27 .

| ψ ( x ) | 2 sen 2 ω t | ψ ( x ) | 2 sen 2 ω t

29 .

(a) y (e), se pueden normalizar

31 .

a. A=2α/πA=2α/π; b. probabilidad=29,3%probabilidad=29,3%; c. x=0x=0; d. p=0p=0; e. K=α22/2mK=α22/2m

33 .

a. Δp2,11×10−34N·sΔp2,11×10−34N·s; b. Δv6,31×10−8mΔv6,31×10−8m; c. Δv/kBT/mα=5,94×10−11Δv/kBT/mα=5,94×10−11

35 .

Δ τ 1,6 × 10 −25 s Δ τ 1,6 × 10 −25 s

37 .

a. Δf1,59MHzΔf1,59MHz; b. Δω/ω0=3,135×10−9Δω/ω0=3,135×10−9

39 .

La realización de las derivadas produce k2=ω2c2.k2=ω2c2.

41 .

Al realizar las derivadas (como en el caso anterior) para la función seno se obtiene un coseno en el lado derecho de la ecuación, por lo que la igualdad falla. Lo mismo ocurre con la solución del coseno.

43 .

E = 2 k 2 / 2 m E = 2 k 2 / 2 m

45 .

2k22k2; La partícula tiene un momento definido y por tanto un momento definido al cuadrado.

47 .

9,4 eV, 64 %

49 .

0,38 nm

51 .

1,82 MeV

53 .

24,7 nm

55 .

6,03 Å 6,03 Å

57 .

a.

Se muestran las funciones de onda para los estados n=1 a n=5 del electrón en un pozo potencial infinito. Cada función está desplazada verticalmente por su energía, medida en m e V. El estado n=1 es la primera media onda de la función sinusoidal. La función n=2 es la primera onda completa de la función sinusoidal. La función n=3 es la primera onda y media de la función sinusoidal. La función n=4 son las dos primeras ondas de la función sinusoidal. La función n=5 son las dos primeras ondas y media de la función sinusoidal.

;
b. λ53=12,9nm,λ31=25,8nm,λ43=29,4nmλ53=12,9nm,λ31=25,8nm,λ43=29,4nm

59 .

prueba

61 .

6,662 × 10 14 Hz 6,662 × 10 14 Hz

63 .

n 2,037 × 10 30 n 2,037 × 10 30

65 .

x=0,5mω2x2=ω/4x=0,5mω2x2=ω/4; K=EU=ω/4K=EU=ω/4

67 .

prueba

69 .

Una función compleja de la forma AeiϕAeiϕ, satisface la ecuación de Schrӧdinger independiente del tiempo. Los operadores de energía cinética y total son lineales, por lo que cualquier combinación lineal de dichas funciones de onda es también una solución válida de la ecuación de Schrӧdinger. Por lo tanto, concluimos que la Ecuación 7.68 satisface la Ecuación 7.61, y la Ecuación 7.69 satisface la Ecuación 7.63.

71 .

a. 4,21 %; b. 0,84 %; c. 0,06 %

73 .

a. 0,13 %; b. cerca del 0 %

75 .

0,38 nm

Problemas Adicionales

77 .

prueba

79 .

a. 4,0 %; b. 1,4 %; c. 4,0 %; d. 1,4 %

81 .

a. t=mL2/h=2,15×1026añost=mL2/h=2,15×1026años; b. E1=1,46×10-66J,K=0,4JE1=1,46×10-66J,K=0,4J

83 .

prueba

85 .

1,2 N/m

87 .

0

Problemas De Desafío

89 .

19,2 µ m; 11,5 µ m 19,2 µ m; 11,5 µ m

91 .

3,92 %

93 .

prueba

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