FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES

(1)

Física

universitaria

YOUNG • FREEDMAN

Volumen 1

SEARS • ZEMANSKY

(2)

Longitud

1 año luz

5

9.461

3

10

15

m

Área

Volumen

Tiempo

Ángulo

Rapidez

1 furlong/14 días

5

1.662

3

10

24

_m/s

1 mi/h

5 1.466 ft/s

5 0.4470 m/s

5 1.609 km/h

1 km/h

5 0.2778 m/s

5 0.6214 mi/h

1 mi/min

5 60 mi/h

5 88 ft/s

1 ft/s

5 0.3048 m/s

1 m/s

5 3.281 ft/s

1 rev/min (rpm)

5 0.1047 rad/s

1 revolución

5 360°

5

2 p

rad

1°

5 0.01745 rad

5 p

/180 rad

1 rad

5 57.30°

5 180°/

p

1 año

5 365.24 d

5

3.156

3

10

7

_s

1 d

5 86,400 s

1 h

5 3600 s

1 min

5 60 s

1 galón

5 3.788 litros

1 ft

3

5 0.02832 m

3

5 28.32 litros

5 7.477 galones

1 litro

5 1000 cm

3

5

10

23

_m

3

5 0.03531 ft

3

5 61.02 in

3

1 ft

5 144 in

2

₅

_{0.0929 m}

2

1 in

2

₅

_{6.452 cm}

2

1 m

2

₅

₁₀

4

_cm

2

₅

_{10.76 ft}

2

1 cm

2

₅

_{0.155 in}

2

1 milla náutica

5 6080 ft

1 Å

5

10

210

_m

₅

₁₀

28

_cm

₅

₁₀

21

_nm

1 mi

5 5280 ft

5 1.609 km

1 yd

5 91.44 cm

1 ft

5 30.48 cm

1 in.

5 2.540 cm

1 cm

5 0.3937 in

1 m

5 3.281 ft

5 39.37 in

1 km

5 1000 m

5 0.6214 mi

1 m

5 100 cm

5 1000 mm

5

10

6

_m

₅

₁₀

9

_nm

Aceleración

Masa

1 kg tiene un peso de 2.205 lb cuando

g 5

9.80 m

>

s

2

Fuerza

Presión

Energía

Equivalencia masa-energía

Potencia

1 Btu/h

5 0.293 W

1 hp

5 746 W

5 550 ft

#

lb/s

1 W

5 1 J/s

1 eV

4

1.074

3

10

29

_u

1 u

4 931.5 MeV

1 kg

4

8.988

3

10

16

_J

1 kWh

5

3.600

3

10

6

_J

1 eV

5

1.602

3

10

219

_J

1 Btu

5 1055 J

5 252 cal

5 778 ft

#

lb

1 ft

#

lb

5 1.356 J

1 cal

5 4.186 J (con base en caloría de 15°)

1 J

5

10

7

_ergs

₅

_{0.239 cal}

1 mm Hg

5 1 torr

5 133.3 Pa

5 14.7 lb/in

2

5 2117 lb/ft

2

1 atm

5

1.013

3

10

5

_Pa

5 1.013 bar

1 lb/ft

2

₅

_{47.88 Pa}

1 lb/in

2

₅

_{6895 Pa}

1 bar

5

10

5

_Pa

1 Pa

5 1 N/m

2

₅

_1.450

₃

₁₀

24

_lb/in

2

₅

_{0.209 lb/ft}

2

1 lb

5 4.448 N

5

4.448

3

10

5

_dinas

1 N

5

10

5

_dinas

5 0.2248 lb

1 u

5

1.661

3

10

227

_kg

1 slug

5 14.59 kg

1 g

5

6.85

3

10

25

_slug

1 kg

5

10

3

g

5 0.0685 slug

1 mi/h

#

s

5 1.467 ft/s

2

1 ft/s

2

5 0.3048 m/s

2

5 30.48 cm/s

2

1 cm/s

2

5 0.01 m/s

2

(3)

CONSTANTES NUMÉRICAS

Constantes físicas fundamentales*

Nombre

Símbolo

Valor

Rapidez de la luz

c

Magnitud de carga del electrón

e

Constante gravitacional

G

Constante de Planck

h

Constante de Boltzmann

k

Número de Avogadro

Constante de los gases

R

Masa del electrón

Masa del protón

Masa del neutrón

Permeabilidad del espacio libre

Permitividad del espacio libre

Otras constante útiles

Equivalente mecánico del calor

Presión atmosférica estándar

1 atm

Cero absoluto

0 K

Electrón volt

1 eV

Unidad de masa atómica

1 u

Energía del electrón en reposo

0.510998918(44) MeV

Volumen del gas ideal (0 °C y 1 atm)

22.413996(39) litros/mol

Aceleración debida a la gravedad

g

(estándar)

*Fuente:National Institute of Standards and Technology (http://physics.nist.gov/cuu). Los números entre paréntesis indican incertidumbre en los dígitos ﬁnales del número principal; por ejemplo, el número 1.6454(21) signiﬁca 1.6454 60.0021. Los valores que no indican incertidumbre son exactos.

Datos astronómicos

†

Radio de la

Periodo de

Cuerpo

Masa (kg)

Radio (m)

órbita (m)

la órbita

Sol

—

Luna

27.3 d

Mercurio

88.0 d

Venus

224.7 d

Tierra

365.3 d

Marte

687.0 d

Júpiter

11.86 y

Saturno

29.45 y

Urano

84.02 y

Neptuno

164.8 y

Plutón

‡

247.9 y

†

Fuente:NASA Jet Propulsion Laboratory Solar System Dynamics Group (http://ssd.jlp.nasa.gov) y P. Kenneth Seidelmann, ed., Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac(University Science Books, Mill Valley, CA, 1992), pp. 704-706. Para cada cuerpo, “radio” es el radio en su ecuador y “radio de la órbita” es la distancia media desde el Sol (en el caso de los planetas) o desde la Tierra (en el caso de la Luna).

‡

En agosto de 2006 la Unión Astronómica Internacional reclasiﬁcó a Plutón y a otros pequeños objetos que giran en órbita alrededor del Sol como “planetas enanos”.

5.91

3

10

12

1.15

3

10

6

1.31

3

10

22

4.50

3

10

12

2.48

3

10

7

1.02

3

10

26

2.87

3

10

12

2.56

3

10

7

8.68

3

10

25

1.43

3

10

12

6.03

3

10

7

5.68

3

10

26

7.78

3

10

11

6.91

3

10

7

1.90

3

10

27

2.28

3

10

11

3.40

3

10

6

6.42

3

10

23

1.50

3

10

11

6.38

3

10

6

5.97

3

10

24

1.08

3

10

11

6.05

3

10

6

4.87

3

10

24

5.79

3

10

2.44

3

10

6

3.30

3

10

23

3.84

3

10

8

1.74

3

10

6

7.35

3

10

22

6.96

3

10

8

1.99

3

10

30

9.80665 m/s

2

m

e

c

2

1.66053886(28)

3

10

227

_kg

1.60217653(14)

3

10

219

_J

2 273.15 °C

1.01325

3

10

5

_Pa

4.186 J/cal (15° caloría )

8.987551787

c

3

10

9

N

#

m

2

/C

2

1/4

pP

0

8.854187817

c

3

10

212

C

2

/N

#

m

2

P

0

5 1/

m

0

c

2

4 p 3

10

27

_Wb/A

#

_m

m

0

1.67492728(29)

3

10

227

_kg

m

n

1.67262171(29)

3

10

227

_kg

m

p

9.1093826(16)

3

10

231

_kg

m

e

8.314472(15) J/mol

#

K

6.0221415(10)

3

10

23

_{moléculas/mol}

N

A

(4)

física

unIverSitaria

(5)

ESTRATEGIAS PARA RESOLVER PROBLEMAS

1.1 Cómo resolver problemas de física

3

1.2 Conversiones de unidades

7

1.3 Suma de vectores

18

2.1 Movimiento con aceleración constante

51

3.1 Movimiento de proyectil

82

3.2 Velocidad relativa

92

5.1 Primera ley de Newton: Equilibrio

de una partícula

137

5.2 Segunda ley de Newton: Dinámica

de partículas

143

6.1 Trabajo y energía cinética

188

7.1 Problemas donde se utiliza energía

mecánica I

217

7.2 Problemas utilizando energía mecánica II

225

8.1 Conservación del momento lineal

255

9.1 Energía rotacional

299

10.1 Dinámica rotacional de cuerpos rígidos

320

11.1 Equilibrio de un cuerpo rígido

359

13.1 Movimiento armónico simple I:

Descripción del movimiento

427

13.2 Movimiento armónico simple II: Energía

430

14.1 Ecuación de Bernoulli

469

15.1 Ondas mecánicas

494

15.2 Ondas estacionarias

510

16.1 Intensidad del sonido

538

16.2 Efecto Doppler

554

17.1 Expansión térmica

578

17.2 Problemas de calorimetría

589

17.3 Conducción de calor

593

18.1 Gas ideal

613

18.2 Teoría cinética molecular

623

19.1 Primera ley de la termodinámica

654

20.1 Máquinas térmicas

677

(6)

ACTIVIDADES ACTIVPHYSICS ONLINE

TM

1.1 Análisis del movimiento con diagramas 1.2 Análisis del movimiento con gráﬁcas 1.3 Predicción de un movimiento con base en

gráﬁcas

1.4 Predicción de un movimiento con base en ecuaciones

1.5 Estrategias para resolver problemas de cinemática

1.6 Esquiador en competencia de descenso 1.7 Se deja caer limonada desde un globo

aerostático

1.8 Los cinturones de seguridad salvan vidas 1.9 Frenado con derrape

1.10 Caída de un saltador con garrocha 1.11 Auto arranca y luego se detiene 1.12 Resolución de problemas con dos

vehículos 1.13 Auto alcanza a camión 1.14 Cómo evitar un choque por atrás 2.1.1 Magnitudes de fuerza 2.1.2 Paracaidista 2.1.3 Cambio de tensión 2.1.4 Deslizamiento en una rampa 2.1.5 Carrera de automóviles 2.2 Levantar una caja 2.3 Bajar una caja 2.4 Despegue de cohete 2.5 Camión que tira de una caja

2.6 Empujar una caja hacia arriba contra una pared

2.7 Esquiador que baja una cuesta 2.8 Esquiador y cuerda de remolque 2.9 Salto con garrocha

2.10 Camión que tira de dos cajas 2.11 Máquina de Atwood modiﬁcada 3.1 Resolución de problemas de movimiento

de proyectiles 3.2 Dos pelotas que caen 3.3 Cambio de la velocidad en x 3.4 Aceleraciones xy yde proyectiles 3.5 Componentes de la velocidad inicial 3.6 Práctica de tiro al blanco I 3.7 Práctica de tiro al blanco II

4.1 Magnitud de aceleración centrípeta 4.2 Resolución de problemas de movimiento

circular

4.3 Carrito que viaja en una trayectoria circular

4.4 Pelota que se balancea en una cuerda 4.5 Automóvil que describe círculos en una

pista 4.6 Satélites en órbita 5.1 Cálculos de trabajo

5.2 Frenado de un elevador que asciende 5.3 Frenado de un elevador que baja 5.4 Salto inverso con bungee 5.5 Bolos con impulso de resorte 5.6 Rapidez de un esquiador 5.7 Máquina de Atwood modiﬁcada 6.1 Momento lineal y cambio de energía 6.2 Choques y elasticidad

6.3 Conservación del momento lineal y choques

6.4 Problemas de choques 6.5 Choque de autos: dos dimensiones 6.6 Rescate de un astronauta 6.7 Problemas de explosión 6.8 Deslizador y carrito 6.9 Péndulo que golpea una caja 6.10 Péndulo persona-proyectil, boliche 7.1 Cálculo de torcas

7.2 Viga inclinada: torcas y equilibrio 7.3 Brazos de palanca

7.4 Dos pintores en una viga 7.5 Conferencia desde una viga 7.6 Inercia rotacional 7.7 Cinemática rotacional 7.8 Rotojuego: Enfoque de dinámica 7.9 Escalera que cae

7.10 Mujeres y elevador de volante: enfoque de dinámica

7.11 Carrera entre un bloque y un disco 7.12 Mujeres y elevador de volante: enfoque

de energía

7.13 Rotojuego: enfoque de energía 7.14 La bola le pega al bate

8.1 Características de un gas

8.2 Análisis conceptual de la distribución de Maxwell-Boltzmann

8.3 Análisis cuantitativo de la distribución de Maxwell-Boltzmann

8.4 Variables de estado y ley del gas ideal 8.5 Trabajo efectuado por un gas 8.6 Calor, energía térmica y primera ley de la

termodinámica 8.7 Capacidad caloríﬁca 8.8 Proceso isocórico 8.9 Proceso isobárico 8.10 Proceso isotérmico 8.11 Proceso adiabático 8.12 Proceso cíclico: estrategias 8.13 Proceso cíclico: problemas 8.14 Ciclo de Carnot

9.1 Ecuaciones y gráﬁcas de posición 9.2 Descripción del movimiento vibratorio 9.3 Energía de vibración

9.4 Dos formas de medir la masa del joven Tarzán

9.5 Mono tira a Tarzán

9.6 Liberación de un esquiador que vibra I 9.7 Liberación de un esquiador que vibra II 9.8 Sistemas vibratorios de uno y

dos resortes 9.9 Vibrojuego 9.10 Frecuencia de péndulo 9.11 Arriesgado paseo con péndulo 9.12 Péndulo físico

10.1 Propiedades de las ondas mecánicas 10.2 Rapidez de las ondas en una cuerda 10.3 Rapidez del sonido en un gas 10.4 Ondas estacionarias en cuerdas 10.5 Aﬁnación de un instrumento de cuerda:

ondas estacionarias 10.6 Masa de una cuerda y ondas

estacionarias 10.7 Pulsos y frecuencia del pulso 10.8 Efecto Doppler: introducción conceptual 10.9 Efecto Doppler: problemas

10.10 Ondas complejas: análisis de Fourier www.masteringphysics.com

(7)

MÉXICO

Ricardo Pintle Monroy

Rafael Mata

Carlos Gutiérrez Aranzeta

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica-Zacatenco

José Arturo Tar Ortiz Peralta

Omar Olmos López

Víctor Bustos Meter

José Luis Salazar Laureles

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Toluca

Daniel Zalapa Zalapa

Centro de Enseñanza Técnica Industrial Guadalajara

Lorena Vega López

Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías Universidad de Guadalajara

Sergio Flores

Instituto de Ingeniería y Tecnología Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

ARGENTINA

Ema Aveleyra

Universidad de Buenos Aires Buenos Aires

Alerino Beltramino

UTN Regional Buenos Aires Buenos Aires

Miguel Ángel Altamirano

UTN Regional Córdoba Córdoba

COLOMBIA

Fernando Molina Focazzio

Pontiﬁcia Universidad Javeriana Bogotá

Jaime Isaza Ceballos

Escuela Colombiana de Ingeniería Bogotá

COSTA RICA

Diego Chaverri Polini

Universidad Latina de Costa Rica San José

Juan Meneses Rimola

Instituto Tecnológico de Costa Rica Cartago

Randall Figueroa Mata

Universidad Hispanoamericana San José

ESPAÑA

José M. Zamarro Minguell

Universidad de Murcia Campus del Espinardo Murcia

Fernando Ribas Pérez

Universidad de Vigo

Escola Universitaria de Enxeñería Técnica Industrial Vigo

Stefano Chiussi

Universidad de Vigo

Escola Técnica Superior de Enxeñeiros de Telecomunicacións Vigo

Miguel Ángel Hidalgo

Universidad de Alcalá de Henares Campus Universitario

Alcalá de Henares

PERÚ

Yuri Milachay Vicente

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Lima

VENEZUELA

Mario Caicedo

Álvaro Restuccia

Jorge Stephany

Universidad Simón Bolívar Caracas

(8)

física

unIverSitaria

Decimosegunda edición

v o l u m e n 1

Addison-Wesley

HUGH D. YOUNG

CARNEGIE MELLON UNIVERSITY

ROGER A. FREEDMAN

UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA BARBARA

CON LA COLABORACIÓN DE

A. LEWIS FORD

texas a&m university

TRADUCCIÓN

VICTORIA A. FLORES FLORES

traductora profesional

especialista en el área de ciencias

REVISIÓN TÉCNICA

ALBERTO RUBIO PONCE

GABRIELA DEL VALLE DÍAZ MUÑOZ

HÉCTOR LUNA GARCÍA

JOSÉ ANTONIO EDUARDO ROA NERI

departamento de ciencias básicas

universidad autónoma metropolitana,

(9)

DECIMOSEGUNDA EDICIÓN VERSIÓN IMPRESA, 2009 DECIMOSEGUNDA EDICIÓN E-BOOK, 2009

Col. Industrial Atoto

53519, Naucalpan de Juárez, Edo. de México e-mail: [email protected]

Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031.

Addison-Wesley es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V.

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.

El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.

Impreso en México. Printed in Mexico.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 – 13 12 11 10

YOUNG, HUGH D. y ROGER A. FREEDMAN

Física universitaria volumen 1. Decimosegunda edición

PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009

ISBN: 978-607-442-288-7 Área: Ciencias

Formato: 21 3 27 cm Páginas: 760

Authorized adaptation from the English language edition, entitled University Physics with Modern Physics 12th

ISBN 9780321501219

Adaptación autorizada de la edición en idioma inglés, titulada University Physics with Modern Physics 12ª ed., (capítulos 1-20) de Hugh D. Young, Roger A. Freedman; con la colaboración de A. Lewis Ford, publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Addison-Wesley, Copyright © 2008. Todos los derechos reservados.

Esta edición en español es la única autorizada.

Edición en español

Editor: Rubén Fuerte Rivera

e-mail: [email protected] Editor de desarrollo: Felipe Hernández Carrasco Supervisor de producción: Enrique Trejo Hernández

Edición en inglés

Addison-Wesley

es una marca de

Vice President and Editorial Director:Adam Black, Ph.D. Senior Development Editor:Margot Otway

Editorial Manager:Laura Kenney Associate Editor: Chandrika Madhavan Media Producer: Matthew Phillips Director of Marketing:Christy Lawrence Managing Editor:Corinne Benson Production Supervisor:Nancy Tabor Production Service:WestWords, Inc. Illustrations:Rolin Graphics Text Design:tani hasegawa

Cover Design:Yvo Riezebos Design Manufacturing Manager:Pam Augspurger Director, Image Resource Center:Melinda Patelli Manager, Rights and Permissions:Zina Arabia Photo Research:Cypress Integrated Systems Cover Printer:Phoenix Color Corporation Printer and Binder:Courier Corporation/Kendallville

Cover Image:The Millau Viaduct, designed by Lord Norman Foster, Millau, France.

Photograph by Jean-Philippe Arles/Reuters/Corbis

ISBN VERSIÓN IMPRESA: 978-607-442-288-7

ISBN E-BOOK:

(10)

CONTENIDO BREVE

Ondas/Acústica

15 Ondas mecánicas

487

16 Sonido y el oído

527 Termodinámica

17 Temperatura y calor

570

18 Propiedades térmicas de la materia

610

19 La primera ley de la termodinamica

646

20 La segunda ley de la termodinámica

673 APÉNDICES

A

El sistema internacional de unidades

A-1

B

Relaciones matemáticas útiles

A-3

C

El alfabeto griego

A-4

D

Tabla periódica de los elementos

A-5

E

Factores de conversión de unidades

A-6

F

Constantes numéricas

A-7

Respuestas a los problemas con número impar

A-9

Mecánica

1 Unidades, cantidades físicas y vectores

1

2 Movimiento en línea recta

36

3 Movimiento en dos o en tres

dimensiones

71

4 Leyes del movimiento de Newton

107

5 Aplicación de las leyes de Newton

136

6 Trabajo y energía cinética

181

7 Energía potencial y conservación

de la energía

213

8 Momento lineal, impulso y choques

247

9 Rotación de cuerpos rígidos

285

10 Dinámica del movimiento rotacional 316

11 Equilibrio y elasticidad

354

12 Gravitación

383

13 Movimiento periódico

419

(11)

SOBRE LOS AUTORES

Hugh D. Younges profesor emérito de física en Carnegie Mellon University, en Pittsburgh, PA. Cursó sus estudios de licenciatura y posgrado en Carnegie Mellon, donde obtuvo su doctorado en teoría de partículas fundamentales bajo la dirección de Richard Cutkosky, hacia el ﬁnal de la carrera académica de éste. Se unió al claus-tro de profesores de Carnegie Mellon en 1956 y también ha sido profesor visitante en la Universidad de California en Berkeley durante dos años.

La carrera del profesor Young se ha centrado por completo en la docencia en el nivel de licenciatura. Ha escrito varios libros de texto para ese nivel y en 1973 se con-virtió en coautor de los bien conocidos libros de introducción a la física de Francis Sears y Mark Zemansky. A la muerte de éstos, el profesor Young asumió toda la responsabilidad de las nuevas ediciones de esos textos, hasta que se le unió el pro-fesor Freedman para elaborar Física Universitaria.

El profesor Young practica con entusiasmo el esquí, el montañismo y la caminata. También ha sido durante varios años organista asociado en la Catedral de San Pablo, en Pittsburgh, ciudad en la que ha ofrecido numerosos recitales. Durante el verano viaja con su esposa Alice, en especial a Europa y a la zona desértica de los cañones del sur de Utah.

Roger A. Freedmanes profesor en la Universidad de California, en Santa Bárbara (UCSB). El doctor Freedman estudió su licenciatura en los planteles de San Diego y Los Ángeles de la Universidad de California, y realizó su investigación doctoral en teoría nuclear en la Universidad de Stanford bajo la dirección del profesor J. Dirk Walecka. Llegó a UCSB en 1981, después de haber sido durante tres años profesor e investigador en la Universidad de Washington.

En UCSB el doctor Freedman ha impartido cátedra tanto en el departamento de Física como en la Escuela de Estudios Creativos, un organismo de la universidad que da cabida a los estudiantes con dotes y motivación para el arte. Ha publicado artículos sobre física nuclear, física de partículas elementales y física de láseres. En los años recientes ha colaborado en el desarrollo de herramientas de cómputo para la enseñanza de la física y la astronomía.

Cuando no está en el aula o trabajando afanosamente ante una computadora, al doctor Freedman se le ve volando (tiene licencia de piloto comercial) o manejando con su esposa Caroline su automóvil convertible Nash Metropolitan, modelo 1960.

(12)

AL ESTUDIANTE

CÓMO TRIUNFAR EN

FÍSICA SI SE INTENTA

DE VERDAD

Mark Hollabaugh Normandale Community College

ix

La física estudia lo grande y lo pequeño, lo viejo y lo

nue-vo. Del átomo a las galaxias, de los circuitos eléctricos a la aerodinámica, la física es una gran parte del mundo que nos rodea. Es probable que esté siguiendo este curso de introduc-ción a la física, basado en el cálculo, porque lo requiera para materias posteriores que planee tomar para su carrera en ciencias o ingeniería. Su profesor quiere que aprenda física y goce la experiencia. Él o ella tienen mucho interés en ayu-darlo a aprender esta fascinante disciplina. Ésta es parte de la razón por la que su maestro eligió este libro para el curso. También es la razón por la que los doctores Young y Freedman me pidieron que escribiera esta sección introductoria. ¡Quere-mos que triunfe!

El propósito de esta sección de Física universitariaes dar-le algunas ideas que lo ayuden en su aprendizaje. Al análisis breve de los hábitos generales y las estrategias de estudio, se-guirán sugerencias especíﬁcas de cómo utilizar el libro.

Preparación para este curso

Si en el bachillerato estudió física, es probable que aprenda los conceptos más rápido que quienes no lo hicieron porque es-tará familiarizado con el lenguaje de la física. De igual modo, si tiene estudios avanzados de matemáticas comprenderá con más rapidez los aspectos matemáticos de la física. Aun si tuviera un nivel adecuado de matemáticas, encontrará útiles libros como el de Arnold D. Pickar, Preparing for General Physics: Math Skill Drills and Other Useful Help (Calculus Version). Es posible que su profesor asigne tareas de este repaso de matemáticas como auxilio para su aprendizaje.

Aprender a aprender

Cada uno de nosotros tiene un estilo diferente de aprendizaje y un medio preferido para hacerlo. Entender cuál es el suyo lo ayudará a centrarse en los aspectos de la física que tal vez le planteen diﬁcultades y a emplear los componentes del curso que lo ayudarán a vencerlas. Es obvio que querrá dedicar más tiempo a aquellos aspectos que le impliquen más problemas. Si usted aprende escuchando, las conferencias serán muy im-portantes. Si aprende con explicaciones, entonces será de ayuda trabajar con otros estudiantes. Si le resulta difícil re-solver problemas, dedique más tiempo a aprender cómo ha-cerlo. Asimismo, es importante entender y desarrollar buenos

hábitos de estudio. Quizá lo más importante que pueda hacer por usted mismo sea programar de manera regular el tiempo adecuado en un ambiente libre de distracciones.

Responda las siguientes preguntas para usted mismo:

• ¿Soy capaz de utilizar los conceptos matemáticos funda-mentales del álgebra, geometría y trigonometría? (Si no es así, planee un programa de repaso con ayuda de su profesor.)

• En cursos similares, ¿qué actividad me ha dado más pro-blemas? (Dedique más tiempo a eso.) ¿Qué ha sido lo más fácil para mí? (Haga esto primero; lo ayudará a ga-nar conﬁanza.)

• ¿Entiendo el material mejor si leo el libro antes o después de la clase? (Quizás aprenda mejor si revisa rápido el material, asiste a clase y luego lee con más profundidad.) • ¿Dedico el tiempo adecuado a estudiar física? (Una regla práctica para una clase de este tipo es dedicar en prome-dio 2.5 horas de estuprome-dio fuera del aula por cada hora de clase en esta. Esto signiﬁca que para un curso con cinco horas de clase programadas a la semana, debe destinar de 10 a 15 horas semanales al estudio de la física.)

• ¿Estudio física a diario? (¡Distribuya esas 10 a15 horas a lo largo de toda la semana!) ¿A qué hora estoy en mi mejor momento para estudiar física? (Elija un horario especíﬁco del día y respételo.)

• ¿Trabajo en un lugar tranquilo en el que pueda mantener mi concentración? (Las distracciones romperán su rutina y harán que pase por alto puntos importantes.)

Trabajar con otros

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Las clases y los apuntes

Un factor importante de cualquier curso universitario son las clases. Esto es especialmente cierto en física, ya que será fre-cuente que su profesor haga demostraciones de principios físicos, ejecute simulaciones de computadora o proyecte videos. Todas éstas son actividades de aprendizaje que lo ayudarán a comprender los principios básicos de la física. No falte a clases, y si lo hace por alguna razón especial, pida a un amigo o miembro de su grupo de estudio que le dé los apuntes y le diga lo que pasó.

En clase, tome notas rápidas y entre a los detalles después. Es muy difícil tomar notas palabra por palabra, de modo que sólo escriba las ideas clave. Si su profesor utiliza un dia-grama del libro de texto, deje espacio en el cuaderno para éste y agréguelo más tarde. Después de clase, complete sus apuntes con la cobertura de cualquier faltante u omisión y anotando los conceptos que necesite estudiar posteriormen-te. Haga referencias por página del libro de texto, número de ecuación o de sección.

Asegúrese de hacer preguntas en clase, o vea a su pro-fesor durante sus horas de asesoría. Recuerde que la única pregunta “fuera de lugar” es la que no se hace. En su escue-la quizá haya asistentes de profesor o tutores para ayudarlo con las diﬁcultades que encuentre.

Exámenes

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AL PROFESOR

PREFACIO

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Este libro es el producto de más de medio siglo de liderazgo

e innovación en la enseñanza de la física. Cuando en 1949 se publicó la primera edición de Física universitaria, de Francis W. Sears y Mark W. Zemansky, su énfasis en los principios fundamentales de la física y la forma de aplicarlos fue un aspecto revolucionario entre los libros de la disciplina cuya base era el cálculo. El éxito del libro entre generaciones de (varios millones) de estudiantes y profesores de todo el mun-do da testimonio del mérito de este enfoque, y de las muchas innovaciones posteriores.

Al preparar esta nueva decimosegunda edición, hemos mejorado y desarrollado aún más Física universitaria asimi-lando las mejores ideas de la investigación educativa con respecto a la enseñanza basada en la resolución de problemas, la pedagogía visual y conceptual; este libro es el primero que presenta problemas mejorados en forma sistemática, y en uti-lizar el sistema de tareas y enseñanza en línea más garantizado y usado del mundo.

Lo nuevo en esta edición

• Solución de problemas El celebrado enfoque de cua-tro pasos para resolver problemas, basado en la inves-tigación (identiﬁcar, plantear, ejecutar y evaluar) ahora se usa en cada ejemplo resuelto, en la sección de Estra-tegia para resolver problemas de cada capítulo, y en las soluciones de los manuales para el profesor y para el es-tudiante. Los ejemplos resueltos ahora incorporan boce-tos en blanco y negro para centrar a los estudiantes en esta etapa crítica: aquella que, según las investigaciones, los estudiantes tienden a saltar si se ilustra con ﬁguras muy elaboradas.

• Instrucciones seguidas por práctica Una trayectoria de enseñanza y aprendizaje directa y sistemática seguida por la práctica, incluye Metas de aprendizajeal principio de cada capítulo, así como Resúmenes visuales del capítulo que consolidan cada concepto con palabras, matemáticas y figuras. Las preguntas conceptuales más frecuentes en la sección de Evalúe su comprensiónal final de cada sec-ción ahora usan formatos de opción múltiple y de clasi-ficaciónque permiten a los estudiantes la comprobación instantánea de sus conocimientos.

• Poder didáctico de las figuras El poder que tienen las figuras en la enseñanza fue enriquecido con el empleo de la técnica de “anotaciones”, probada por las investiga-ciones (comentarios estilo pizarrón integrados en la figura, para guiar al estudiante en la interpretación de ésta), y por el uso apropiado del color y del detalle(por ejemplo, en la mecánica se usa el color para centrar al estudian-te en el objeto de inestudian-terés al tiempo que se mantiene el resto de la imagen en una escala de grises sin detalles que distraigan).

• Problemas mejorados al ﬁnal de cada capítulo Reco-nocido por contener los problemas más variados y pro-bados que existen, la decimosegunda edición va más allá: ofrece la primera biblioteca de problemas de fí-sica mejorados de manera sistemáticacon base en el desempeño de estudiantes de toda la nación. A partir de este análisis, más de 800 nuevos problemas se integran al conjunto de 3700 de toda la biblioteca.

• MasteringPhysics™ (www.masteringphysics.com). Lan-zado con la undécima edición, la herramienta de Mastering-Physics ahora es el sistema de tareas y enseñanza en línea más avanzado del mundo que se haya adoptado y probado en la educación de la manera más amplia. Para la deci-mosegunda edición, MasteringPhysics incorpora un con-junto de mejoras tecnológicas y nuevo contenido. Además de una biblioteca de más de 1200 tutoriales y de todos los problemas de fin de capítulo, MasteringPhysics ahora también presenta técnicas específicas para cada Estrategia para resolver problemas, así como para las preguntas de la sección de Evalúe su comprensión de cada capítulo. Las respuestas incluyen los tipos algebraico, numérico y de opción múltiple, así como la clasificación, elaboración de gráficas y trazado de vectores y rayos.

Características clave de

Física universitaria

Una guía para el estudiante Muchos estudiantes de física tienen diﬁcultades tan sólo porque no saben cómo usar su libro de texto. La sección llamada “Cómo triunfar en física si se intenta de verdad”.

Organización de los capítulos La primera sección de cada capítulo es una introducciónque da ejemplos especíﬁcos del contenido del capítulo y lo conecta con lo visto antes. Tam-bién hay una pregunta de inicio del capítuloy una lista de metas de aprendizajepara hacer que el lector piense en el tema del capítulo que tiene por delante. (Para encontrar la respuesta a la pregunta, busque el icono

_?

) La mayoría de las secciones terminan con una pregunta para que usted Evalúe su comprensión, que es de naturaleza conceptual o cuantita-tiva. Al ﬁnal de la última sección del capítulo se encuentra un resumen visual del capítulode los principios más impor-tantes que se vieron en éste, así como una lista de términos claveque hace referencia al número de página en que se pre-senta cada término. Las respuestas a la pregunta de inicio del capítulo y a las secciones Evalúe su comprensión se encuen-tran después de los términos clave.

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problemas de un solo concepto dirigidos a secciones especí-ﬁcas del libro; los problemaspor lo general requieren uno o dos pasos que no son triviales; y los problemas de desafío buscan provocar a los estudiantes más persistentes. Los pro-blemas incluyen aplicaciones a campos tan diversos como la astrofísica, la biología y la aerodinámica. Muchos problemas tienen una parte conceptual en la que los estudiantes deben analizar y explicar sus resultados. Las nuevas preguntas, ejer-cicios y problemas de esta edición fueron creados y organiza-dos por Wayne Anderson (Sacramento City College), Laird Kramer (Florida International University) y Charlie Hibbard.

Estrategias para resolver problemas y ejemplos resueltos Los recuadros de Estrategia para resolver problemas, distri-buidos en todo el libro, dan a los estudiantes tácticas específicas para resolver tipos particulares de problemas. Están enfocados en las necesidades de aquellos estudiantes que sienten que “en-tienden los conceptos pero no pueden resolver los problemas”. Todos los recuadros de la Estrategia para resolver pro-blemas van después del método IPEE (identificar, plantear, ejecutar y evaluar) para solucionar problemas. Este enfoque ayuda a los estudiantes a visualizar cómo empezar con una situación compleja parecida, identificar los conceptos físicos relevantes, decidir cuáles herramientas se necesitan para re-solver el problema, obtener la solución y luego evaluar si el resultado tiene sentido.

Cada recuadro de Estrategia para resolver problemas va seguido de uno o más ejemplosresueltos que ilustran la es-trategia; además, en cada capítulo se encuentran muchos otros ejemplos resueltos. Al igual que los recuadros de Estrategia para resolver problemas, todos los ejemplos cuantitativos utilizan el método IPEE. Varios de ellos son cualitativos y se identiﬁcan con el nombre de Ejemplos conceptuales; como ejemplo, vea los ejemplos conceptuales 6.5 (Comparación de energías cinéticas, p. 191), 8.1 (Cantidad de movimiento versusenergía cinética, p. 251) y 20.7 (Proceso adiabático reversible, p. 693).

Párrafos de “Cuidado” Dos décadas de investigaciones en la enseñanza de la física han sacado a la luz cierto número de errores conceptuales comunes entre los estudiantes de física principiantes. Éstos incluyen las ideas de que se requiere fuerza para que haya movimiento, que la corriente eléctrica “se consume” a medida que recorre un circuito, y que el pro-ducto de la masa de un objeto por su aceleración constituye una fuerza en sí mismo. Los párrafos de “Cuidado” alertan a los lectores sobre éstos y otros errores, y explican por qué está equivocada cierta manera de pensar en una situación (en la que tal vez ya haya incurrido el estudiante. Véanse por ejemplo las páginas 118, 159 y 559.)

Notación y unidades Es frecuente que los estudiantes tengan diﬁcultades con la distinción de cuáles cantidades son vecto-res y cuáles no. Para las cantidades vectoriales usamos carac-teres en cursivas y negritas con una ﬂecha encima, como ,

y ; los vectores unitarios tales como van testados con un acento circunﬂejo. En las ecuaciones con vectores se em-plean signos en negritas, 1, 2, 3y 5, para hacer énfasis en la distinción entre las operaciones vectoriales y escalares.

Se utilizan exclusivamente unidades del SI (cuando es apropiado se incluyen las conversiones al sistema inglés). Se

d^ F

S a

S v

S

emplea el joule como la unidad estándar de todas las formas de energía, incluida la caloríﬁca.

Flexibilidad El libro es adaptable a una amplia variedad de formatos de curso. Hay material suﬁciente para uno de tres se-mestres o de cinco trise-mestres. La mayoría de los profesores encontrarán que es demasiado material para un curso de un semestre, pero es fácil adaptar el libro a planes de estudio de un año si se omiten ciertos capítulos o secciones. Por ejemplo, es posible omitir sin pérdida de continuidad cualquiera o to-dos los capítulos sobre mecánica de ﬂuito-dos, sonido, ondas electromagnéticas o relatividad. En cualquier caso, ningún profesor debiera sentirse obligado a cubrir todo el libro.

Material complementario

para el profesor

Los manuales de soluciones para el profesor, que preparó A. Lewis Ford (Texas A&M University), contienen solucio-nes completas y detalladas de todos los problemas de final de capítulo. Todas siguen de manera consistente el método de identiﬁcar, plantear, ejecutar y evaluar usado en el libro. El Manual de soluciones para el profesor, para el volumen 1 cubre los capítulos 1 al 20, y el Manual de soluciones para el profesor, para los volúmenes 2 y 3comprende los capí-tulos 21 a 44.

La plataforma cruzada Administrador de medios ofrece una biblioteca exhaustiva de más de 220 applets de ActivPhysics OnLine™, así como todas las ﬁguras del libro en formato JPEG. Además, todas las ecuaciones clave, las estrategias para resolver problemas, las tablas y los resúmenes de capí-tulos se presentan en un formato de Word que permite la edición. También se incluyen preguntas de opción múltiple semanales para usarlas con varios Sistemas de Respuesta en Clase (SRC), con base en las preguntas de la sección Evalúe su comprensión en el libro.

MasteringPhysics™(www.masteringphysics.com) es el sis-tema de tareas y enseñanza de la física más avanzado y efi-caz y de mayor uso en el mundo. Pone a disposición de los maestros una biblioteca de problemas enriquecedores de fi-nal de capítulo, tutoriales socráticos que incorporan varios tipos de respuestas, retroalimentación sobre los errores, y ayuda adaptable (que comprende sugerencias o problemas más sencillos, si se solicitan). MasteringPhysics™ permite que los profesores elaboren con rapidez una amplia variedad de tareas con el grado de dificultad y la duración apropiadas; además, les da herramientas eficientes para que analicen las tendencias de la clase —o el trabajo de cualquier estudiante— con un detalle sin precedente y para que comparen los resul-tados ya sea con el promedio nacional o con el desempeño de grupos anteriores.

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Prefacio

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Las transparencias contienen más de 200 ﬁguras clave de Física universitaria, decimosegunda edición, a todo color.

El Banco de exámenes incluye más de 2000 preguntas de opción múltiple, incluye todas las preguntas del Banco de exá-menes. Más de la mitad de las preguntas tienen valores numé-ricos que pueden asignarse al azar a cada estudiante.

Material complementario

para el estudiante

MasteringPhysics™ (www.masteringphysics.com) es el sistema de enseñanza de la física más avanzado, usado y probado en el mundo. Es resultado de ocho años de estudios detallados acerca de cómo resuelven pro-blemas de física los estudiantes reales y de las áreas donde requieren ayuda. Los estudios revelan que los alumnos que recurren a MasteringPhysics™ mejoran de manera signifi-cativa sus calificaciones en los exámenes finales y pruebas conceptuales como la del Inventario Force Concept. Mastering-Physics™ logra esto por medio de dar a los estudiantes re-troalimentación instantánea y específica sobre sus respuestas equivocadas, proponer a solicitud de ellos problemas más sencillos cuando no logran avanzar, y asignar una calificación parcial por el método. Este sistema individualizado de tutoría las 24 horas de los siete días de la semana es recomendado por nueve de cada diez alumnos a sus compañeros como el modo más eficaz de aprovechar el tiempo para estudiar.

ActivPhysics OnLine™ (www.masteringphy-sics.com), incluido ahora en el área de autoapren-dizaje de MasteringPhysics, brinda la biblioteca más completa de appletsy tutoriales basados en éstos. ActivPhysics OnLine fue creado por el pionero de la educación Alan Van Heuvelen de Rutgers. A lo largo de la decimosegunda edición de University Physicshay iconos que dirigen al estudiante hacia appletsespecíﬁcos en Activ-Physics OnLine para ayuda interactiva adicional.

Cuadernos de Trabajo de ActivPhysics OnLine™, por Alan Van Heuvelen, Rutgers y Paul d’Alessandris, Monroe Community College, presentan una amplia gama de guías para la enseñanza que emplean los applets de gran aceptación que ayudan a los estudiantes a desarrollar su comprensión y con-fianza. En particular, se centran en el desarrollo de la intui-ción, la elaboración de pronósticos, la prueba experimental de suposiciones, el dibujo de diagramas eficaces, el entendi-miento cualitativo y cuantitativo de las ecuaciones clave, así como en la interpretación de la información gráfica. Estos cuadernos de trabajo se usan en laboratorios, tareas o auto-estudio.

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MÉXICO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESIME Culhuacán

Luis Díaz Hernández Miguel Ángel Morales Pedro Cervantes

UPIICSA

Amado F García Ruiz Enrique Álvarez González Fabiola Martínez Zúñiga Francisco Ramírez Torres

UPIITA

Álvaro Gordillo Sol César Luna Muñoz Israel Reyes Ramírez Jesús Picazo Rojas Jorge Fonseca Campos

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

Campus Chihuahua

Francisco Espinoza Magaña Silvia Prieto

Campus Ciudad de México

Luis Jaime Neri Vitela Rosa María González Castellan Víctor Francisco Robledo Rella

Campus Cuernavaca

Crisanto Castillo Francisco Giles Hurtado Raúl Irena Estrada

Campus Culiacán

Juan Bernardo Castañeda

Campus Estado de México

Elena Gabriela Cabral Velázquez Elisabetta Crescio

Francisco J. Delgado Cepeda Marcela Martha Villegas Garrido Pedro Anguiano Rojas Raúl Gómez Castillo Raúl Martínez Rosado Sergio E. Martínez Casas

Campus Mazatlán

Carlos Mellado Osuna

Eusebio de Jesús Guevara Villegas

Campus Monterrey

Jorge Lomas Treviño

Campus Puebla

Abel Flores Amado Idali Calderón Salas

Campus Querétaro

Juan José Carracedo Lázaro Barajas De La Torre Lucio López Cavazos

Campus Santa Fe

Francisco Javier Hernández Martín Pérez Díaz Norma Elizabeth Olvera

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC

Antonio Silva Martínez Crispín Ramírez Martínez Fidel Castro López Guillermo Tenorio Estrada Jesús González Lemus Leticia Vera Pérez

María Del Rosario González Bañales Mauricio Javier Zárate Sánchez Omar Pérez Romero Raúl Nava Cervantes

UNITEC Campus Ecatepec

Inocencio Medina Olivares Julián Rangel Rangel

Lorenzo Martínez Carrillo Garzón

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO

Alberto García Quiroz Edith Mireya Vargas García Enrique Cruz Martínez Gerardo González García Gerardo Oseguera Peña Verónica Puente Vera Víctor Julián Tapia García

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA Unidad Iztapalapa

Michael Picquar

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA Distrito Federal

Abraham Vilchis Uribe Adolfo Genaro Finck Pastrana Alfredo Sandoval Villalbazo Anabel Arrieta Ostos Antonio Gén Mora Arturo Bailón Martínez Claudia Camacho Zúñiga Córdova Carmen González Mesa Domitila González Patiño Elsa Fabiola Vázquez Valencia Enrique Sánchez y Aguilera Enrique Téllez Fabiani Erich Starke Fabris Esperanza Rojas Oropeza Francisco Alejandro López Díaz Guillermo Aguilar Hurtado Guillermo Chacón Acosta Guillermo Fernández Anaya Gustavo Eduardo Soto de la Vega Jaime Lázaro Klapp Escribano Jimena Bravo Guerrero José Alfredo Heras Gómez José Fernando Pérez Godínez José Luis Morales Hernández Juan Cristóbal Cárdenas Oviedo Lorena Arias Montaño

María Alicia Mayela Ávila Martínez María de Jesús Orozco Arellanes Mariano Bauer Ephrussi Mario Alberto Rodríguez Meza Rafael Rodríguez Domínguez Rodolfo Fabián Estrada Guerrero Rodrigo Alberto Rincón Gómez Salvador Carrillo Moreno Silvia Patricia Ambrocio Cruz

Agradecimientos

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Prefacio

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Fernanda Adriana Camacho Alanís Hortensia Caballero López Israel Santamaría Mata Karla M. Díaz Gutiérrez M. Eugenia Ceballos Silva M. Joseﬁna Becerril Téllez-Girón M. Pilar Ortega Bernal María Del Rayo Salinas Vázquez Marta Rodríguez Pérez Mauro Cruz Morales Natalia de la Torre Paola B. González Aguirre Praxedis Israel Santamaría Mata

UNIVERSIDAD PANAMERICANA, México

Rodolfo Cobos Téllez

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA

Antonino Pérez Carlos de la Vega Eduardo Benítez Read Héctor Hernández José Mora Ruacho Juan Carlos Sáenz Carrasco Raúl Sandoval Jabalera Ricardo Romero Centeno

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA

Claudio González Tolentino Manuel López Rodríguez

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Sergio Flores Mario Borunda

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATEPEC

Fernando Pona Celón Mateo Sixto Cortez Rodríguez Nelson A Mariaca Cárdenas Ramiro Rodríguez Salgado

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO

Adrián Herrera Olalde Eleazar García García Joel Arzate Villanueva

Manuel Francisco Jiménez Morales Manuel Sánchez Muñiz Marcela Juárez Ríos Mario Alberto Montante Garza Máximo Pliego Díaz Raúl Vargas Alba

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MAZATLÁN

Jesús Ernesto Gurrola Peña

UNIVERSIDAD DE OCCIDENTE Unidad Culiacán

Luis Antonio Achoy Bustamante

VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LAS FUERZAS ARMADAS (UNEFA), Maracay

Johnny Molleja José Gómez Rubén León

UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA (UBA), Maracay

Belkys Ramírez José Peralta

UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO (UCAB), Caracas

José Marino. Oscar Rodríguez Rafael Degugliemo

UNIVERSIDAD LA SALLE Cuernavaca

Miguel Pinet Vázquez

Distrito Federal

Israel Wood Cano

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Ciencias

Agustín Hernández Agustín Pérez Contreras Aída Gutiérrez Alberto Sánchez Moreno Alejandro Padrón Álvaro Gámez Estrada Andrea Luisa Aburto Antonio Pacheco Armando Pluma Arturo F. Rodríguez

Beatriz Eugenia Hernández Rodríguez Carlos Octavio Olvera Bermúdez Edgar Raymundo López Téllez Elba Karen Sáenz García Eliseo Martínez

Elizabeth Aguirre Maldonado Enrique Villalobos Espiridión Martínez Díaz Francisco Javier Rodríguez Gómez Francisco Miguel Pérez Ramírez Gabriel Jaramillo Morales Genaro Muñoz Hernández Gerardo Ovando Zúñiga Gerardo Solares Guadalupe Aguilar Gustavo Contreras Mayén Heriberto Aguilar Juárez Jaime García Ruiz Javier Gutiérrez S. Jesús Vicente González Sosa Jose Carlos Rosete Álvarez Juan Carlos Cedeño Vázquez Juan Galindo Muñiz Juan Manuel Gil Pérez Juan Rios Hacha Lanzier Efraín Torres Ortiz Lourdes Del Carmen Pérez Salazar Luis Andrés Suárez Hernández Luis Eugenio Tejeda Calvillo Luis Flores Juárez

Luis Humberto Soriano Sánchez Luis Javier Acosta Bernal Luis Manuel León Rosano M. Alejandra Carmona M. Del Rosario Narvarte G. María Del Carmen Melo María Josefa Labrandero Martín Bárcenas Escobar Nanzier Torres López Oliverio Octavio Ortiz Olivera Oscar Rafael San Román Gutiérrez Patricia Goldstein Menache Ramón Santillán Ramírez Rigel Gámez Leal Salvador Villalobos Santiago Gómez López Víctor Manuel Sánchez Esquivel

Facultad de Estudios Superiores Zaragoza

Javier Ramos Salamanca Zula Sandoval Villanueva

Facultad de Química

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Agradecimientos

Queremos agradecer a los cientos de revisores y colegas que han hecho comentarios y sugerencias valiosos durante la vida de este libro. El continuo éxito de Física univer-sitariase debe en gran medida a sus contribuciones.

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Martin Tiersten (CUNY, City College), David Toot (Alfred University), Somdev Tyagi (Drexel Uni-versity), F. Verbrugge, Helmut Vogel (Carnegie Mellon UniUni-versity), Robert Webb (Texas A & M), Thomas Weber (Iowa State University), M. Russell Wehr, (Pennsylvania State University), Robert Weidman (Michigan Technical University), Dan Whalen (UC San Diego), Lester V. Whitney, Thomas Wiggins (Pennsylvania State University), David Willey (University of Pittsburgh, Johnstown), George Williams (University of Utah), John Williams (Auburn University), Stanley Williams (Iowa State University), Jack Willis, Suzanne Willis (Northern Illinois University), Robert Wilson (San Bernardino Valley College), L. Wolfenstein, James Wood (Palm Beach Junior College), Lowell Wood (University of Houston), R. E. Worley, D. H. Ziebell (Manatee Community College), George O. Zimmerman (Boston University)

Además, nos gustaría hacer algunos agradecimientos individuales.

Quiero dar gracias de todo corazón a mis colegas de Carnegie Mellon, en especial a los profesores Robert Kraemer, Bruce Sherwood, Ruth Chabay, Helmut Vogel y Brian Quinn, por las muchas conversaciones estimulantes sobre pedagogía de la física y su apoyo y ánimo durante la escritura de las ediciones sucesivas de este libro. También estoy en deuda con las muchas generaciones de estudiantes de Carnegie Mellon que me ayudaron a aprender lo que es la buena enseñanza y la correcta escri-tura, al mostrarme lo que funciona y lo que no. Siempre es un gusto y un privilegio expresar mi gratitud a mi esposa Alice y nuestros hijos Gretchen y Rebecca por su amor, apoyo y sostén emocional durante la escritura de las distintas dediciones del libro. Que todos los hombres y mujeres sean bendecidos con un amor como el de ellos. — H.D.Y.

Me gustaría agradecer a mis colegas del pasado y el presente en UCSB, incluyendo a Rob Geller, Carl Gwinn, Al Nash, Elisabeth Nicol y Francesc Roig, por su apoyo sincero y sus abundantes y útiles pláticas. Tengo una deuda de gratitud en especial con mis primeros maestros Willa Ramsay, Peter Zimmerman, William Little, Alan Schwettman y Dirk Walecka por mostrarme qué es una enseñanza clara y cautivadora de la física, y con Stuart Johnson por invitarme a ser coautor de Física Universitariaa partir de la novena edición. Quiero dar gracias en especial al equipo editorial de Addi-son Wesley y a sus socios: Adam Black por su visión editorial; Margot Otway por su gran sentido gráfico y cuidado en el desarrollo de esta edición; a Peter Murphy y Carol Reitz por la lectura cuidadosa del manuscrito; a Wayne Anderson, Charlie Hibbard, Laird Kramer y Larry Stookey por su trabajo en los problemas de final de capítulo; y a Laura Kenney, Chandrika Madhavan, Nancy Tabor y Pat McCutcheon por mantener el flujo editorial y de producción. Agradezco a mi padre por su continuo amor y apoyo y por conservar un espacio abierto en su biblioteca para este libro. Sobre todo, expreso mi gratitud y amor a mi esposa Caroline, a quien dedico mi contribución al libro. Hey, Caroline, al fin terminó la nueva edición. ¡Vámonos a volar!– R.A.F.

Por favor, díganos lo que piensa…

Son bienvenidos los comunicados de estudiantes y profesores, en especial sobre errores y deﬁciencias que encuentren en esta edición. Hemos dedicado mucho tiempo y esfuerzo a la escritura del mejor libro que hemos podido escribir, y esperamos que le ayude a enseñar y aprender física. A la vez, usted nos puede ayudar si nos hace saber qué es lo que necesita mejorarse… Por favor, siéntase en libertad para ponerse en contacto con nosotros por vía electrónica o por correo ordinario. Sus comentarios serán muy apreciados.

Octubre de 2006

Hugh D. Young Roger A. Freedman

Departamento de Física Departamento de Física

Carnegie Mellon University University of California, Santa Barbara Pittsburgh, PA 15213 Santa Barbara, CA 93106-9530 [email protected] [email protected]