Source: https://es.scribd.com/doc/125056607/Fisica-para-Ciencias-e-Ingenieria-Vol-02-Giancoli
Timestamp: 2015-11-25 23:57:30+00:00

Document:
P. 1Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 02) - GiancoliFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 02) - Giancoli|Views: 9.368|Likes: 31Publicado poranibalaguilar71More info:Published by: anibalaguilar71 on Feb 12, 2013Copyright:Attribution Non-commercialAvailability:Read on Scribd mobile: iPhone, iPad and Android.download as PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate content|Agregar a la colecciónSee moreSee lesshttps://es.scribd.com/doc/125056607/Fisica-para-Ciencias-e-Ingenieria-Vol-02-Giancoli10/25/2015pdftextoriginalSections21–2Carga eléctrica en el átomo21–3Aislantes y conductores21–4Carga eléctrica inducida;
Mejor valor actual†
=931.494043(80) MeV c2
kg =931.5 MeV c2
=939.6 MeV c2
=938.3 MeV c2
=0.511 MeV c2
0 = A1 c2
=0.0821 L atm mol K
8.314472(15) J mol K
8.314 J mol K =1.99 cal mol K
1.29 kg m3
9.80 m s2
(1.00 kcal kg C°)
4186 J kg C°
539 kcal kg
2260 kJ kg
80 kcal kg
333 kJ kg
g Conversión de unidades (equivalentes)
DOUGLASC. GIANCOLI
Traductores especialistas en Ciencias
Hugo Alarcón Opazo
con física moderna. Cuarta edición
ISBN: 978-607-442-303-7
Formato: 21 ¥ 27 cm Páginas: 768
CUARTA EDICIÓN VERSIÓN IMPRESA 2009
CUARTA EDICIÓN E-BOOK,2009
D.R.© 2009 por Pearson Educación de México,S.A.de C.V.
ISBN VERSIÓN IMPRESA 978-607-442-303-7
ISBN E-BOOK 978-607-442-306-8
Authorized adaptation of the translation from the English language editions,entitled Physics for scientists and engineers vol.2 (CHS 21-35) 4th
Douglas C.Giancolipublished by Pearson Education,Inc.,publishing as Prentice Hall,Copyright © 2008.ISBN 9780132273596;Physics for scientists
and engineers with Modern Physics vol.3 (CHS 36-44) 4th
ed.byDouglas C.Giancolipublished by Pearson Education,Inc.,publishing as Prentice
Hall,Copyright © 2008.ISBN9780132274005.
Adaptación de la traducción autorizada de las ediciones en idioma inglés,Physics for scientists and engineers vol.2 (CAPS.21-35) 4a
ed.porDouglas
C.Giancolipublicada por Pearson Education,Inc.,publicada como Prentice Hall,Copyright © 2008.ISBN 9780132273596;Physics for scientists and
engineers with Modern Physics vol.3 (CAPS.36-44) 4a
ed.porDouglas C.Giancolipublicada por Pearson Education,Inc.,publicada como Prentice
PROBLEMASGENERALES80
21–1Electrostática;carga eléctrica
21–4Carga eléctrica inducida;el electroscopio
21–5La ley de Coulomb
21–6El campo eléctrico
21–7Cálculo del campo eléctrico para
21–10Movimiento de una partícula cargada
en un campo eléctrico
*21–12Fuerzas eléctricas en biología
molecular;ADN
*21–13Las máquinas copiadoras y las computadoras
electrónicas usan la electrostática
584PREGUNTAS584
PROBLEMAS585PROBLEMASGENERALES589
23–1Energía potencial eléctrica y diferencia
23–2Relación entre potencial eléctrico
23–3Potencial eléctrico debido a cargas puntuales 612
23–4Potencial debido a cualquier distribución
23–6Potencial de un dipolo eléctrico
23–7Determinación dea partir de V
23–8Energía potencial electrostática;
*23–9Tubo de rayos catódicos:
Monitores de TV y de computadora,
622PREGUNTAS622
PROBLEMAS623PROBLEMASGENERALES626
24–2Cálculo de la capacitancia
643PREGUNTAS643
PROBLEMAS644PROBLEMASGENERALES648
25–8Visión microscópica de la corriente eléctrica:
Densidad de corriente y velocidad de deriva666
*25–10Conducción eléctrica en el sistema nervioso669
671PREGUNTAS671
PROBLEMAS672PROBLEMASGENERALES675
26CIRCUITOSDECD
26–1FEM y voltaje terminal
26–4FEM en serie y en paralelo;cómo cargar
26–5Circuitos que contienen resistores
y capacitores (circuitos RC)
698PREGUNTAS698
PROBLEMAS699PROBLEMASGENERALES704
#d =Qenc
*22–4Base experimental de las leyes
de Gauss y de Coulomb
601PREGUNTAS601
PROBLEMAS601PROBLEMASGENERALES605
29–3Fem inducida en un conductor
*29–5Fuerza contraelectromotriz y contra torca;
29–6Transformadores y transmisión de potencia770
29–7Un flujo magnético variable produce
*29–8Aplicaciones de la inducción:Sistemas
de sonido,memoria de computadoras,
sismógrafos,GFCI
777PREGUNTAS777
PROBLEMAS778PROBLEMASGENERALES782
ELECTROMAGNÉTICASY
CIRCUITOSDECA
30–2Autoinductancia
30–3Energía almacenada en un campo magnético790
30–5Circuitos LCy oscilaciones electromagnéticas793
(circuito LRC)
30–7Circuitos de ca con fuente de ca
30–8Circuitos de ca LRCen serie
30–9Resonancia en circuitos de ca
*30–10Adaptación de impedancia
*30–11CA trifásica
804PREGUNTAS804
PROBLEMAS805PROBLEMASGENERALES809
31–1Los campos eléctricos variables producen
campos magnéticos;ley de Ampère
31–2Ley de Gauss para magnetismo
31–5Ondas electromagnéticas y su rapidez,
deducidas a partir de las ecuaciones
31–6La luz como onda electromagnética
y el espectro electromagnético
31–7Medición de la rapidez de la luz
31–8Energía en ondas EM;el vector
31–9Presión de radiación
31–10Radio y televisión:comunicación inalámbrica829
832PREGUNTAS832
PROBLEMAS833PROBLEMASGENERALES835
campo magnético;definición de
27–4Fuerza sobre una carga eléctrica que se
desplaza en un campo magnético
27–5Torca sobre una espira de corriente;
*27–6Aplicaciones:Motores,altavoces y
27–7Descubrimiento y propiedades del electrón 721
27–8El efecto Hall
725PREGUNTAS726
PROBLEMAS727PROBLEMASGENERALES730
28FUENTESDECAMPOMAGNÉTICO733
28–1Campo magnético debido a un alambre recto734
28–2Fuerza entre dos alambres paralelos
28–3Definiciones de ampere y coulomb
28–5Campo magnético de un solenoide
y un toroide
28–7Materiales magnéticos:Ferromagnetismo
*28–8Electroimanes y solenoides:Aplicaciones
*28–9Campos magnéticos en materiales
magnéticos;histéresis
750PREGUNTAS751
PROBLEMAS751PROBLEMASGENERALES755
32–1El modelo de rayos de luz
32–2Reflexión;formación de imágenes
mediante espejos planos
32–3Formación de imágenes mediante
32–4Índice de refracción
858PREGUNTAS859
PROBLEMAS860PROBLEMASGENERALES864
34LANATURALEZAONDULATORIA
34–1Ondas frente a partículas;el principio
de Huygens y la difracción
34–2El principio de Huygens y la ley
34–3Interferencia;experimento de Young
de la doble rendija
*34–4Intensidad en el patrón de interferencia
de doble rendija
915PREGUNTAS916
PROBLEMAS916PROBLEMASGENERALES918
35–1Difracción mediante una sola rendija o disco922
*35–2Intensidad en el patrón de difracción
de una sola rendija
*35–3Difracción en el experimento de doble
35–4Límites de resolución;aberturas circulares 929
el límite 931
*35–6Resolución del ojo humano y amplificación
35–8El espectrómetro y espectroscopia
*35–9Anchos de pico y poder de resolución
para una rejilla de difracción
35–10Rayos X y difracción de rayos X
945PREGUNTAS946
PROBLEMAS946PROBLEMASGENERALES949
33–1Lentes delgadas;trazado de rayos
33–3Combinaciones de lentes
*33–4Ecuación del fabricante de lentes
33–5Cámaras:De película y digitales
33–6El ojo humano;lentes correctivas
33–7Lente de aumento
*33–10Aberraciones de lentes y espejos
892PREGUNTAS893
PROBLEMAS894PROBLEMASGENERALES897
36LATEORÍAESPECIALDELA
36–1Relatividad galileana-newtoniana
*36–2El experimento de Michelson y Morley
36–3Postulados de la teoría especial de la
36–7Espacio-tiempo tetradimensional
36–9Cantidad de movimiento relativista
36–10La rapidez última
36–11E mc2
;masa y energía
*36–12Corrimiento Doppler para la luz
36–13El impacto de la relatividad especial
981PREGUNTAS981
PROBLEMAS982PROBLEMASGENERALES985
37TEORÍACUÁNTICATEMPRANA
YMODELOSATÓMICOS
37–1Hipótesis cuántica de Planck;radiación
37–2La teoría fotónica de la luz y el efecto
37–3Energía,masa y cantidad de movimiento
37–4Efecto Compton
37–5Interacciones de fotones;producción de pares996
37–6Dualidad onda-partícula;el principio
37–7Naturaleza ondulatoria de la materia
*37–8Microscopios electrónicos
37–9Primeros modelos atómicos
37–10La clave para la estructura del átomo:
37–11El modelo de Bohr
37-12Aplicación de la hipótesis de De Broglie
1010PREGUNTAS1011
PROBLEMAS1012PROBLEMASGENERALES1014
38–1Una nueva teoría:La mecánica cuántica
38–2La función de onda y su interpretación;
38–3El principio de incertidumbre de Heisenberg1020
38–4Implicaciones filosóficas;probabilidad
frente a determinismo
39MECÁNICACUÁNTICA
DELOSÁTOMOS
39–1Visión mecánico-cuántica de los átomos
39–2El átomo de hidrógeno:La ecuación de
Schrödinger y los números cuánticos
39–3Funciones de onda del átomo de hidrógeno1049
39–4Átomos complejos;el principio de exclusión1052
39–6Espectros de rayos X y el número atómico1054
*39–7Momento dipolar magnético;cantidad
de movimiento angular total
39–8Fluorescencia y fosforescencia
39–9Láseres
1066PREGUNTAS1066
PROBLEMAS1067PROBLEMASGENERALES1069
38–5La ecuación de Schrödinger en una dimensión:
Una forma independiente del tiempo
*38–6Ecuación de Schrödinger dependiente
38–7Partículas libres;ondas planas y paquetes
38–8Partícula en un pozo cuadrado de potencial
con profundidad infinita (una caja rígida)
38–9Pozo de potencial finito
38–10Tunelamiento a través de una barrera
1039PREGUNTAS1039
PROBLEMAS1040PROBLEMASGENERALES1042
40–1Enlaces de moléculas
40–2Diagramas de energía potencial para
40–6Teoría de los electrones libres en los
metales;energía de Fermi
40–7Teoría de bandas en sólidos
40–8Semiconductores y dopado
40–9Diodos semiconductores
40–10Transistores y circuitos integrados (chips)
1098PREGUNTAS1099
PROBLEMAS1099PROBLEMASGENERALES1102
41FÍSICANUCLEARYRADIACTIVIDAD1104
41–2Energía de enlace y fuerzas nucleares
41–8Vida media y tasa de decaimiento
41–9Series de decaimiento
41–10Fechamiento radiactivo
1126PREGUNTAS1126
PROBLEMAS1127PROBLEMASGENERALES1129
42ENERGÍANUCLEAR; EFECTOS
42–1Reacciones nucleares y la transmutación
42–2Sección eficaz
42–4Fusiónnuclear
42–5Paso de la radiación a través de la
materia;daño por radiación
*42–8Trazadores en investigación y medicina
*42–9Formación de imágenes mediante
tomografía:Exploración TAC
y tomografía por emisión
*42–10Resonancia magnética nuclear (RMN);
formación de imágenes mediante
1159PREGUNTAS1159
PROBLEMAS1160PROBLEMASGENERALES1162
43–1Partículas de alta energía y aceleradores
43–2Comienzos de la física de partículas
elementales:Intercambio de partículas
43–3Partículas y antipartículas
43–4Interacciones de partículas y leyes de
43–5Neutrinos:Resultados recientes
43–6Clasificación de las partículas
43–7Estabilidad de las partículas y resonancias1180
43–8¿Partículas extrañas? ¿Encanto?
43–10El “modelo estándar”:Cromodinámica
cuántica (QCD) y la teoría electrodébil
43–11Teorías de la gran unificación
43-12Cuerdas y supersimetría
1189PREGUNTAS1190
PROBLEMAS1190PROBLEMASGENERALES1191
44–2Evolución estelar:Nucleosíntesis,
y nacimiento y muerte de las estrellas
44–3Mediciones de distancia
44–4Relatividad general:Gravedad
y curvatura del espacio
44–5El Universo en expansión:Corrimiento
al rojo y ley de Hubble
44–6La Gran Explosión (Big Bang) y la
44–7El modelo cosmológico
estándar:Historia temprana del Universo
44-8Inflación:Explicación de la naturaleza
plana,la uniformidad y la estructura
44-9Materia oscura y energía oscura
44-10Estructura a gran escala del Universo
44-11Finalmente ...
1225PREGUNTAS1226
PROBLEMAS1226PROBLEMASGENERALES1227
MÁSACERCADELANÁLISISDIMENSIONAL
DISTRIBUCIÓNESFÉRICADEMASA
xviCONTENIDO
ISÓTOPOSSELECCIONADOS
RESPUESTASAPROBLEMASCONNÚMEROIMPAR
CRÉDITOSDEFOTOGRAFÍA
A–55
bicicletas Pr1)
Caminante en la cuerda floja (Pr11)
Patinadores en rotación,buzos 284,286,309
Equilibrio humano con cargas
Alas de una aeronave,
Termostato (Pr10)
Buceo/snorkeling(Pr38,47,82,85) 473,475
Escudo eléctrico,seguridad
Estructura del ADN y duplicación
Pararrayos,descarga de corona
Alambres de altavoz
Circuitos doméstico,cortocircuito
Fusibles,interruptores de
Bombeo electromagnético (Pr14)
Conducción de haces (Pr67)
Interruptores de circuito magnético:
Relevador (Pr16)
Sistema de posicionamiento global (GPS)964
y tunelamiento
Operación de DVD y CD
1063,1064
Energía de las células–ATP,energía
Enlaces débiles en las células,ADN 1077,1078
Pantallas LED,fotodiodos
Fechamiento con carbono-14
y vida primitiva
Reactores nucleares y plantas
Exploración TAC
Imágenes en medicina:TEP
y SPECT
Imágenes (IRM)
Interruptor de circuito de falla
Bobina de exploración (Pr68)
Altura de un espejo
Espejos esféricos y retrovisores
Prismas de binoculares
Señales en carreteras (Pr86)
Dónde se puede verla imagen
Pixeles de resolución
Resolución bajo el agua
Resolución del ojo,amplificación
más,los cuales,en general,presentan la física como una secuencia de hechos,como un
catálogo de artículos:“Aquí están los hechos y es mejor que los aprendan”.En vez de uti-
lizar este enfoque en el que los temas empiezan de manera formal y dogmática,traté de
iniciar cada tema con observaciones y experiencias concretas que los estudiantes puedan
relacionar:primero describo situaciones específicas para después referirme a las grandes
generalizaciones y los aspectos formales de un tema.La intención fue mostrar por qué
Dos tendencias recientes en los libros de texto son perturbadoras:1.sus ciclos de revisión
se han acortado,pues se revisan cada 3 o 4 años;2.los libros han aumentado su volumen,
algunos rebasan las 1500 páginas.No veo cómo alguna de estas tendencias sea benéfica
para los estudiantes.Mi respuesta ante ello:1.Han pasado 8 años desde la edición ante-
rior de este texto.2.El presente libro utiliza la investigación educativa en física;evita el
detalle que un profesor tal vez quiera expresar en clase,pero que en un libro resultaría
innecesario para el lector.Este libro todavía sigue siendo uno de los más breves de física.
Esta nueva edición presenta algunas nuevas herramientas pedagógicas importantes.
zos para hacer el libro atractivo,de manera que los estudiantes disfrutenleerlo.
Acontinuación se mencionan algunas de las nuevas características.
estudiantes responder la pregunta antes de comenzar el capítulo,para interesarlos en
el material y eliminar algunas nociones preconcebidas.Las preguntas reaparecen más
adelante en el capítulo,por lo general como ejercicios,una vez que se explicó el tema.
Las preguntas de inicio de capítulo también muestran a los estudiantes el poder y la
utilidad de la física.
introductorio antes de la solución bosqueja un enfoque y los pasos que se pueden se-
guir.Las NOTAS breves después de la solución tienen la función de comentar esta úl-
el ejemplo que aparece a continuación se realiza siguiendo uno a uno los pasos recién
figuras tienen una pequeña flecha encima,así que son similares a la forma que se utili-
zan cuando se escriben a mano.
xxPREFACIO
Distribución de la página:Más que en la edición anterior,se prestó gran atención al
formato de cada página.Los ejemplos y todas las deducciones y argumentos impor-
tantes aparecen en páginas que se encuentran una al lado de la otra.Los estudiantes
no tienen que ir hacia atrás y adelante para consultar los antecedentes o la continua-
ción de un asunto.A todo lo largo del texto,los lectores ven en dos páginas,una al la-
do de la otra,un importante pasaje de física.
Nuevas aplicaciones:LCD,cámaras digitales y sensores electrónicos (CCD,CMOS),
riesgos eléctricos,GFCI,fotocopiadoras,impresoras de tinta e impresoras láser,detec-
tores de metales,visión submarina,bolas curvas,alas de avión,ADN,la forma como en
realidad se venlas imágenes son sólo algunas de las nuevas aplicaciones que se presen-
tan.(Dé vuelta hacia atrás a la hoja para ver una lista más completa).
Ejemplos modificados:Se explican más pasos matemáticos y se incluyen muchos ejem-
plos nuevos.Aproximadamente el 10% son ejemplos de estimación.
Este libro es más breveque otros libros completos del mismo nivel.Las explicaciones
más breves son más fáciles de comprender y es más probable que se lean.
Contenido y cambios organizativos
Movimiento rotacional:Los capítulos 10 y 11 se reorganizaron.Ahora toda la
cantidad de movimiento angular se explica en el capítulo 11.
La primera ley de la termodinámica,en el capítulo 19,se reescribió y se amplió.La
forma completa está dada como K U Eint Q W,donde la energía
interna es Einty Ues la energía potencial;la forma Q Wse conserva,de ma-
nera quedW P dV.
La cinemática y la dinámica del movimiento circular ahora se estudian juntas en
El trabajo y la energía,capítulos 7 y 8,se revisaron cuidadosamente.
El trabajo realizado por fricción se analiza ahora en el marco de la conservación
de energía (términos energéticos debidos a fricción).
Los capítulos acerca de inductancia y circuitos de CA se combinaron en uno so-
lo,el capítulo 30.
El análisis gráfico y la integración numérica constituyen una nueva sección 2-9
opcional.Los problemas que requieren el uso de una computadora o una calcu-
ladora graficadora se encuentran al final de la mayoría de los capítulos.
La longitud de un objeto es una lde tipo manuscrito en vez de la lnormal,que
podría confundirse con 1 o I (momento de inercia,corriente),como en F= IlB.
La Lmayúscula se reserva para cantidad de movimiento angular,calor latente,
inductancia y dimensiones de longitud [L].
La ley de Newton de la gravitación permanece en el capítulo 6.¿Por qué? Por-
que la ley 1/r2
es muy importante como para relegarla a un capítulo posterior
que tal vez no pueda cubrirse en el semestre;más aún,es una de las fuerzas bá-
sicas de la naturaleza.En el capítulo 8 se puede tratar la energía potencial gra-
vitacional real y tener un ejemplo fino del uso de
Los nuevos apéndices incluyen la forma diferencial de las ecuaciones de Max-
well y más acerca de análisis dimensional.
Las estrategias para resolución de problemas se encuentran en las páginas 571,
685,716,740,763,849,871 y 913 del segundo volumen.
Algunos profesores encontrarán que este libro contiene más material del que pueden cubrir
en un curso.El texto ofrece gran flexibilidad.Las secciones marcadas con asterisco (*) se
consideran opcionales.Éstas contienen material de física ligeramente más avanzada,o mate-
rial que,por lo general,no se cubre en los cursos y/o en aplicaciones específicas;no incluyen
material necesario en capítulos siguientes (excepto tal vez en secciones opcionales posterio-
res).Para un breve curso,todo el material opcional se podría omitir,así como grandes par-
tes de los capítulos 1,13,16,26,30 y 35,partes seleccionadas de los capítulos 9,12,19,20,33
y los capítulos de física moderna.Los temas no cubiertos en clase constituyen un valioso re-
curso para el posterior estudio de los alumnos.De hecho,este texto podría funcionar como
una referencia útil durante varios años,en virtud de su amplio rango de cobertura.
U =– FB
#d L
Mario Affatigato,Coe College
Lorraine Allen,United States Coast Guard Academy
Zaven Altounian,McGill University
Bruce Barnett,Johns Hopkins University
Michael Barnett,Lawrence Berkeley Lab
Anand Batra,Howard University
Cornelius Bennhold,George Washington University
Bruce Birkett,University of California Berkeley
Dr.Robert Boivin,Auburn University
Subir Bose,University of Central Florida
David Branning,Trinity College
Meade Brooks,Collin County Community College
Bruce Bunker,University of Notre Dame
Grant Bunker,Illinois Institute of Technology
Wayne Carr,Stevens Institute of Technology
Charles Chiu,University of Texas Austin
Robert Coakley,University of Southern Maine
David Curott,University of North Alabama
Biman Das,SUNY Potsdam
Bob Davis,Taylor University
Kaushik De,University of Texas Arlington
Michael Dennin,University of California Irvine
Kathy Dimiduk,University of New Mexico
John DiNardo,Drexel University
Scott Dudley,United States Air Force Academy
John Essick,Reed College
Cassandra Fesen,Dartmouth College
Alex Filippenko,University of California Berkeley
Richard Firestone,Lawrence Berkeley Lab
Mike Fortner,Northern Illinois University
Tom Furtak,Colorado School of Mines
Edward Gibson,California State University Sacramento
John Hardy,Texas A&M
J.Erik Hendrickson,University of Wisconsin Eau Claire
Laurent Hodges,Iowa State University
David Hogg,New York University
Mark Hollabaugh,Normandale Community College
Andy Hollerman,University of Louisiana at Lafayette
Bob Jacobsen,University of California Berkeley
Teruki Kamon,Texas A&M
Daryao Khatri,University of the District of Columbia
Jay Kunze,Idaho State University
Jim LaBelle,Dartmouth College
M.A.K.Lodhi,Texas Tech
Bruce Mason,University of Oklahoma
Dan Mazilu,Virginia Tech
Linda McDonald,North Park College
Bill McNairy,Duke University
Raj Mohanty,Boston University
Giuseppe Molesini,Istituto Nazionale di Ottica Florence
Lisa K.Morris,Washington State University
Blaine Norum,University of Virginia
Alexandria Oakes,Eastern Michigan University
Michael Ottinger,Missouri Western State University
Lyman Page,Princeton and WMAP
Bruce Partridge,Haverford College
R.Daryl Pedigo,University of Washington
Robert Pelcovitz,Brown University
Vahe Peroomian,UCLA
James Rabchuk,Western Illinois University
Michele Rallis,Ohio State University
Paul Richards,University of California Berkeley
Peter Riley,University of Texas Austin
Larry Rowan,University of North Carolina Chapel Hill
Cindy Schwarz,Vassar College
Peter Sheldon,Randolph-Macon Woman’s College
Natalia A.Sidorovskaia,University of Louisiana at Lafayette
George Smoot,University of California Berkeley
Mark Sprague,East Carolina University
Michael Strauss,University of Oklahoma
Laszlo Takac,University of Maryland Baltimore Co.
Franklin D.Trumpy,Des Moines Area Community College
Ray Turner,Clemson University
Som Tyagi,Drexel University
John Vasut,Baylor University
Robert Webb,Texas A&M
Robert Weidman,Michigan Technological University
Edward A.Whittaker,Stevens Institute of Technology
John Wolbeck,Orange County Community College
Stanley George Wojcicki,Stanford University
Edward Wright,UCLA
Todd Young,Wayne State College
William Younger,College of the Albemarle
Hsiao-Ling Zhou,Georgia State University
Debo agradecer especialmente el profesor Bob Davis por su valiosa información y,en
especial,por trabajar todos los problemas y elaborar el Manual de soluciones para to-
dos los problemas,así como por dar las respuestas a los problemas con número impar
al final de este libro.Muchas gracias también a J.Erik Hendrickson,quien colaboró
con Bob Davis en las soluciones,y al equipo que ambos dirigieron (profesores Anand
Batra,Meade Brooks,David Currott,Blaine Norum,Michael Ottinger,Larry Rowan,
Ray Turner,John Vasut y William Younger).Estoy agradecido también con los profeso-
res John Essick,Bruce Barnett,Robert Coakley,Biman Das,Michael Dennin,Kathy
Dimiduk,John DiNardo,Scott Dudley,David Hogg,Cindy Schwarz,Ray Turner y Som
Tyagi,quienes inspiraron muchos de los ejemplos,preguntas,problemas y aclaraciones
Cruciales para desenraizar errores,así como para brindar excelentes sugerencias,
fueron los profesores Kathy Dimiduk,Ray Turner y Lorraine Allen.Muchas gracias a
ellos y al profesor Giuseppe Molesini por sus sugerencias y sus excepcionales fotogra-
fías para el tema de óptica.
Muchos profesores de física dieron información o retroalimentación directa acerca de
cada aspecto de este libro.Se mencionan a continuación,y con cada uno tengo una
xxiiPREFACIO
Para los capítulos 43 y 44,acerca de física de partículas y de cosmología y astrofí-
sica,fui afortunado al recibir generosa información de algunos de los grandes expertos
en el campo,con quienes tengo una deuda de gratitud:George Smoot,Paul Richards,
Alex Filippenko,James Siegrist y William Holzapfel (UC Berkeley),Lyman Page
(Princeton y WMAP),Edward Wright (UCLA y WMAP) y Michael Strauss (Universi-
dad de Oklahoma).
Quiero agradecer especialmente a los profesores Howard Shugart,Chair Frances
Hellman y a muchos otros en el Departamento de Física en la Universidad de California,
Berkeley,por su enriquecedoras discusiones y por su hospitalidad.Gracias también al
profesor Tito Arecchi y a otros más en el Istituto Nazionale di Ottica,en Florencia,Italia.
Finalmente,estoy agradecido con muchas personas en Prentice Hall,con quienes
trabajé en este proyecto,en especial con Paul Corey,Karen Karlin,Christian Botting,
John Christiana y Sean Hogan.
La responsabilidad final de todos los errores es mía.Doy la bienvenida a comenta-
rios,correcciones y sugerencias tan pronto como sea posible para beneficiar a los estu-
diantes con la siguiente reimpresión.
correo electrónico:Paul.Corey@Pearson.com
Dirección postal:Paul Corey
Douglas C.Giancoli obtuvo su licenciatura en física (summa cum laude) en la Univer-
sidad de California,Berkeley,su maestría en física en el Massachusetts Institute of
Technology (MIT) y su doctorado en física de partículas elementales en la Universidad
de California,Berkeley.Luego pasó dos años en una estancia posdoctoral en el labora-
torio de virus de la UC Berkeley,donde desarrolló estudios en biología molecular y
biofísica.Sus profesores incluyen a los ganadores del premio Nobel Emilio Segrè y Do-
nald Glaser.
Ha impartido una amplia variedad de cursos tradicionales de licenciatura,así co-
mo algunos innovadores,y ha continuado actualizando sus libros meticulosamente,en
busca de formas para facilitar una mayor comprensión de la física a los estudiantes.
El pasatiempo favorito de Doug es la actividad al aire libre,especialmente el mon-
tañismo (aquí aparece en una de las cimas de los Dolomitas,Italia).Dice que escalar
montañas es como aprender física:es una actividad que requiere esfuerzo,pero las re-
compensas son grandes.
Complementos en línea (lista parcial)
MasteringPhysicsTM
(www.masteringphysics.com)
es un elaborado sistema de tutoría y tareas en línea desarrolla-
do especialmente para cursos que usan física basada en cálcu-
lo.Originalmente desarrollado por David Pritchard y sus
colaboradores en el MIT,MasteringPhysics ofrece a los estu-
diantestutoría individualizada en línea al corregir sus respues-
tas equivocadas y dar sugerencias para resolver problemas de
múltiples pasos cuando se les presentan dificultades.Les da
valoración inmediata y actualizada de sus avances,y les indica
dónde necesitan practicar más.MasteringPhysics ofrece a los
profesoresuna forma rápida y efectiva de asignar tareas en lí-
nea que comprenden una amplia variedad de tipos de proble-
mas.Los poderosos diagnósticos posteriores a la asignación
permiten a los profesores valorar el progreso tanto de su clase
en conjunto como de los estudiantes a nivel individual,al tiem-
po que les ayudan a identificar rápidamente áreas de dificultad.
WebAssign (www.webassign.com)
CAPA y LON-CAPA (www.lon-capa.org/)
Complementos para el estudiante (lista parcial)
Guía de estudio para el estudiante y Manual de soluciones
seleccionadas (Volumen I:0-13-227324-1,Volúmenes II y
III:0-13-227325-X)por Frank Wolfs
Student Pocket Companion (0-13-227326-8)por Biman Das
Tutoriales de introducción a la física (0-13-097069-7)por
Lillian C.McDermott,Peter S.Schaffer y el Grupo de
Educación en Física de la Universidad de Washington
Physlet® Physics (0-13-101969-4)por Wolfgang Christian y
Ejercicios de clasificación en física,edición estudiantil
(0-13- 144851-X)por Thomas L.O’Kuma,David P.
Maloney y Curtis J.Hieggelke
E&M TIPERs:Tareas de electricidad y magnetismo
inspiradas por Physics Education Research (0-13-185499-2)
por Curtis J.Hieggelke,David P.Maloney,Stephen E.
Kanim y Thomas L.O’Kuma
Matemáticas para física con cálculo (0-13-191336-0)por
1.Lea el capítulo.Aprenda el vocabulario y la notación.Intente responder las pre-
guntas y los ejercicios como se presenten.
2.Asista a todas las clases.Escuche.Tome notas,especialmente acerca de aspectos que
no recuerde haber visto en el libro.Pregunte (todos quieren hacerlo,pero quizás us-
ted tenga el valor para ello).Aprovechará mejor la clase si antes lee el capítulo.
3.Lea el capítulo de nuevo,ponga atención a los detalles.Siga las deducciones y re-
suelva los ejemplos.Asimile su lógica.Responda los ejercicios y tantas preguntas
del final del capítulo como sea posible.
4.Resuelva de 10 a 20 (o más) problemas de final del capítulo,en especial los asigna-
dos.Al resolver problemas descubrirá qué aprendió y qué no aprendió.Discútalos
con otros estudiantes.La resolución de problemas es una de las mayores herra-
mientas de aprendizaje.No se limite a buscar una fórmula,no funcionará.
NOTAS ACERCA DEL FORMATO Y LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
1.Las secciones marcadas con asterisco (*) se consideran opcionales.Se pueden omi-
tir sin interrumpir el flujo principal de los temas.Ningún material posterior depen-
de de ellas,excepto quizá las posteriores secciones con asterisco.Sin embargo,
resulta entretenido leerlas.
2.Se usan las convencionesacostumbradas:los símbolos para cantidades (como m
para masa) van en cursivas,mientras que las unidades (como m para metro) no
aparecen en cursivas.Los símbolos para vectores se muestran en negritas con una
pequeña flecha sobre ellos:
3.Algunas ecuaciones son válidas en todas las situaciones.Donde sea práctico,las li-
mitacionesde las ecuaciones importantes se indican entre corchetes junto a la
ecuación.Las ecuaciones que representan las grandes leyes de la física se muestran
con un fondo sombreado,así como algunas otras ecuaciones indispensables.
4.Al final de cada capítulo hay un conjunto de Problemasque se clasifican como nivel I,
II o III,de acuerdo con la dificultad estimada.Los problemas del nivel I son los más
sencillos,los del nivel II son problemas estándar,y los del nivel III son “problemas de
desafío”.Estos problemas clasificados se ordenan por sección,pero los problemas pa-
ra una sección dada pueden depender también del material anterior.Después aparece
un grupo de problemas generales,que no se ordenan por sección ni están clasificados
por dificultad.Los problemas que se relacionan con las secciones opcionales tienen as-
terisco (*).La mayoría de los capítulos tienen 1 o 2 problemas numéricos/por compu-
tadora al final,los cuales requieren utilizar una computadora o una calculadora
graficadora.Las respuestas a los problemas impares se presentan al final del libro.
5.Ser capaz de resolver problemases una parte crucial del aprendizaje de física y
constituye un poderoso medio para comprender los conceptos y principios.Este li-
bro contiene muchos auxiliares para la resolución de problemas:a) ejemplostraba-
jados y sus soluciones en el texto,que se deben estudiar como parte integral del
tema;b) algunos de los ejemplos trabajados son ejemplos de estimación,que mues-
tran cómo se pueden obtener resultados aproximados incluso si los datos son esca-
sos (véase la sección 1-6);c) a lo largo de todo el texto se colocaron Estrategias
para resolución de problemasespeciales con la finalidad de sugerir un método paso
a paso para resolver problemas acerca de un tema particular,pero recuerde que lo
básico permanece igual;la mayoría de estas “estrategias”van seguidas de un ejem-
plo que se resuelve al seguir de manera explícita los pasos sugeridos;d) secciones
especiales de resolución de problemas;e) notas marginales de “resolución de pro-
blemas”que se refieren a sugerencias dentro del texto para resolver problemas;
f) Ejerciciosdentro del texto que usted debe trabajar inmediatamente para luego
comparar sus respuestas con las que aparecen al pie de la última página de ese ca-
pítulo;g) los problemas mismos al final de cada capítulo (punto 4 anterior).
6.Los ejemplos conceptualesplantean una pregunta que tiene la intención de hacer
pensar al lector y conducirlo a una respuesta.Tómese un poco de tiempo para en-
contrar su respuesta antes de leer la respuesta dada.
7.El repaso matemáticoy algunos temas adicionales se encuentran en los apéndices.
Los datos útiles,los factores de conversión y las fórmulas matemáticas se encuen-
tran en la primera y última páginas del libro,así como en los forros.
Carga eléctrica y campo
PREGUNTA DE INICIO DE CAPÍTULO¡Adivine ahora!
Dos esferas pequeñas idénticas tienen la misma carga eléctrica.Si la carga eléctrica en
cada una de ellas se duplica y la separación entre ellas también se duplica,la fuerza
que cada una ejerce sobre la otra será
a)la mitad.
b)el doble.
c)cuatro veces mayor.
d)cuatro veces menor.
e)la misma.
La palabra “electricidad”quizás evoque la imagen de tecnología moderna com-
pleja:luces,motores,electrónica y computadoras.Pero en realidad,la fuerza
eléctrica desempeña un papel aun más profundo en nuestras vidas.De acuerdo
con la teoría atómica,las fuerzas eléctricas entre átomos y moléculas son las
responsables de mantenerlos unidos para formar líquidos y sólidos,además de que
las fuerzas eléctricas también están implicadas en los procesos metabólicos que ocurren
en el interior de nuestros cuerpos.Muchas de las fuerzas que hemos estudiado hasta este
momento,tales como la fuerza elástica,la fuerza normal,la fricción y otras de contacto
(para empujar o tirar),se consideran el resultado de fuerzas eléctricas que actúan a nivel
atómico.La gravedad,por otro lado,se considera una fuerza aparte.†
21–4Carga eléctrica inducida;
producido para distribuciones
continuas de carga
21–9Campos eléctricos
21–12Fuerzas eléctricas en biología
21–13Las máquinas copiadoras
electrónicasusan
Este peine adquirió una carga eléctrica
estática,ya sea al pasarlo por el cabe-
llo o al frotarlo con tela o una toalla de
papel.La carga eléctrica del peine indu-
ce una polarización (separación de car-
gas)en pedacitos de papel,de tal ma-
nera que los atrae.
Nuestra introducción a la electrici-
dad en este capítulo incluye conducto-
res y aislantes,así como la ley de Cou-
lomb,que relaciona la fuerza entre dos
cargas puntuales como función de la dis-
tancia de separación entre ellas.Tam-
biénse presenta el importante concep-
to de campo eléctrico.
Como se mencionó en la sección 6-7,los físicos en el siglo XXhan reconocido cuatro fuerzas funda-
mentales diferentes en la naturaleza:1.la fuerza gravitacional,2.la fuerza electromagnética (veremos
más adelante que las fuerzas eléctrica y magnética están íntimamente relacionadas),3.la fuerza
nuclerar fuerte y 4.la fuerza nuclear débil.Las dos últimas fuerzas operan a nivel del núcleo dentro del
átomo.Teorías recientes han combinado la fuerza electromagnética con la fuerza nuclear débil,así que
ahora se considera que tienen un origen común,conocido como la fuerza electrodébil.Estudiaremos
tales fuerzas en capítulos posteriores.
560CAPÍTULO 21Carga eléctrica y campo eléctrico
Los primeros estudios sobre la electricidad datan de tiempos remotos;sin embar-
go,la electricidad se ha estudiado en detalle sólo durante los últimos dos siglos.Anali-
zaremos el desarrollo de las ideas sobre la electricidad,incluyendo aparatos prácticos,
así como su relación con el magnetismo,en los siguientes 11 capítulos.
21–1Electrostática; carga eléctrica
La palabra electricidadproviene de la palabra griega elektron,que significa “ámbar”.El
ámbar es una resina de árbol petrificada;los antiguos sabían que si frotaban un pedazo
de ámbar con una tela,el ámbar atraería hojas pequeñas o polvo.Una pieza de goma o de
caucho rígida,una varilla de vidrio o una regla de plástico frotada contra una tela tam-
bién presentan este “efecto ámbar”,o electrostática,como lo llamamos hoy.En efecto,
usted puede levantar pequeños pedacitos de papel con un peine de plástico o una regla
que se ha frotado vigorosamente con una toalla de papel.Véase la fotografía en la pá-
gina anterior y la figura 21-1.Quizás usted ha experimentado efectos electrostáticos
cuando peina su cabello o cuando toma una camisa o una blusa sintética de una seca-
dora de ropa.Es probable que haya sentido una descarga al tocar la perilla de metal de
una puerta,después de deslizarse sobre el asiento de un auto o al caminar sobre una
alfombra de nylon.En cualquier caso,un objeto queda “cargado”como resultado de
haberlo frotado,por lo que se dice que posee una carga eléctricaneta.
¿Son todas las cargas eléctricas iguales o hay más de un tipo de carga? De hecho,
hay dostipos de cargas eléctricas,como lo demuestra el siguiente experimento sencillo.
Una regla de plástico suspendida de un hilo se frota vigorosamente con una tela para
cargarla.Cuando se le acerca una segunda regla de plástico,que ha sido cargada de la
misma manera,se encuentra que las reglas se repelenentre sí.Lo anterior se ilustra en
la figura 21-2a.De la misma forma,si una varilla de vidrio frotada se acerca a una se-
gunda varilla de vidrio cargada,de nuevo se observará que actúa una fuerza de repul-
sión (figura 21-2b).Sin embargo,si se acerca la varilla de vidrio cargada a la regla de
plástico cargada,se encuentra que se atraenuna a la otra (figura 21-2c).La carga en la
varilla de vidrio debe entonces ser diferente de la carga en la regla de plástico.De he-
cho,se encuentra experimentalmente que todos los objetos cargados caen en una de
dos categorías:o son atraídos por el plástico y repelidos por el vidrio,o son repelidos
por el plástico y atraídos por el vidrio.Así que parece que hay dos (y sólo dos) tipos de
carga eléctrica.Cada tipo de carga repele al mismo tipo de carga,pero atrae al tipo
opuesto.Esto es,cargas iguales se repelen,pero cargas opuestas se atraen.
El estadista,filósofo y científico estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790)
utilizó los términos positivoy negativo para designar los dos tipos de carga eléctrica.La
elección de qué nombre se asignó a qué tipo de carga fue arbitraria.Franklin eligió
asignar la carga positiva a la varilla de vidrio frotada,así que la carga en la regla de
plástico frotada (o ámbar) se llama carga negativa.En la actualidad aún usamos esa
Franklin argumentó que,siempre que se produce una cierta cantidad de carga en
un objeto,se produce una cantidad igual del tipo opuesto de carga en otro objeto.Las
cargas positiva y negativa se tratan algebraicamente,así que,durante cualquier proceso,
la carga neta en la cantidad de carga producida es igual a cero.Por ejemplo,cuando se
frota una regla de plástico con una toalla de papel,el plástico adquiere una carga nega-
tiva y la toalla una cantidad equivalente de carga positiva.Las cargas están separadas;
sin embargo,la suma de las dos es cero.
El anterior es un ejemplo de una ley que ahora está bien establecida:la ley de con-
servación de la carga eléctrica,que establece que
la cantidad neta de carga eléctrica producida en cualquier proceso es cero
o,dicho de otra manera,
no se puede crear o destruir una carga eléctrica neta.
Si un objeto (o una región del espacio) adquiere una carga positiva,entonces una can-
tidad igual de carga eléctrica negativa se hallará en regiones u objetos cercanos.Nunca
se han encontrado violaciones a esta ley de conservación,que está tan firmemente es-
tablecida como las leyes de conservación de energía y de conservación de la cantidad
c) Una varilla de vidrio cargada atrae
a una regla de plástico cargada
b) Dos varillas de vidrio
cargadas se repelen
a) Dos reglas de plástico
FIGURA 21–2Cargas iguales se
repelen;cargas distintas se atraen.
(Observe el código de color:
representaremos con color gris los
objetos con carga eléctrica negativa
y con color naranja los objetos con
carga positiva,cuando queramos poner
énfasis en lo anterior.Usamos estos
colores en especial para cargas
puntuales,aunque no siempre para
objetos reales).
FIGURA 21–1a) Frote una regla
de plástico y b) acérquela a algunos
CargadaNeutral
FIGURA 21–5a) Una esfera de
metal cargada y una esfera de metal
neutra.b) Las dos esferas conectadas
por un conductor (un clavo de metal),
que conduce carga de una esfera a la
otra.c) Las dos esferas originales
conectadas mediante un aislante
(madera).Prácticamente no se
conduce ninguna carga.
FIGURA 21–4Diagrama de la
molécula de agua.Como tiene cargas
opuestas en los extremos,se le llama
molécula “polar”.
FIGURA 21–3Modelo simple
SECCIÓN 21–3Aislantes y conductores 561
Más de este usuarioGuia de Estudio Mastersanibalaguilar71Guia de Estudio MastersDocumento Reforma Universitariaanibalaguilar71Documento Reforma UniversitariaLeithold El Calculo 7Ma Ed españolanibalaguilar71Leithold El Calculo 7Ma Ed españolFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfanibalaguilar71Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdf
RecomendadoFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfanibalaguilar71La F&iacute;sica en su m&aacute;xima expresi&oacute;n.Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfErick Palma1000 Problemas de Fisica General j Fidalgo m FernandezMar Carrasco Carrascofisicafisica 1Manuel PerdomofisicaFisicaSalem SidhFísicaGiancoli Fisica 1anderzurdolibro de fisica clasica, muy interesante, completo y concizo. trae un amplio...Química .La Ciencia Central . Brown .12 EdJason ParsonsQuímica universitaria que abarca lo elemental para tal grado. Contiene ejerci...Fisica GeneralDavid GutierrezFISICAlibrocLuisGómezvectoresAlgebra Lineal y Sus Aplicacionesdjpolle90Fisica Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol2gelmer7Fisica Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol2CURSO DE FISICA GENERALmtrg1Calculo.5ed.schaum.frank.ayresFrancisco Diego Zaballos HernandezMecanica Vectorial Para Ingenieros Dinamica 9 Ed.Soledad GarcíaFísica Universitaria. Vol 1, 13va Edición - Sear-LalfLuis LópezFísica - Raymond Serway - 4ta Ediciónargos3898FISICAFisica Para Ciencias e Ingenieria - GiancoliJosé Ignacio PalmaAnalisis Vectorial, 2da Edición, SchaumAlexisCastillo25Analisis Vectorial, 2da Edición, SchaumFisica Como ResolverWilliam TaipeFisicaFisica - Serway 6ta EdiciónYahirFisica - Serway Sexta EdiciónfisicaCesar Dom LopFÍSICA GIANCOLIAlejandra BeltránFisicaREVOLVER347fisicaFisica (Giancoli)annapizzofisica GiancoliPhysics for Scientists and Engineers 4th Ed - D. Giancoli (Pearson, 2009) WWsanderdw90Fisica en Ejemplos Y Problemas - ButikovmarzinusfisicaFisicaUniversitaria Sears 11Edicin TextAdrián Frutos Martínfisica universitariaQuimica - Manual Esencial SantillanaDoreya MorenoDiccionario de matematicasErick PalmaMuy util para conocer nuevos conceptosNomenclatura QuimicaBrian MayquimicaAnterior|PróximoPage 1 of 8Similar to Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 02) - GiancoliFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfanibalaguilar71Física para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdfErick PalmaFísica para Ciencias e Ingeniería (Vol. 01) - Giancoli.pdf1000 Problemas de Fisica General j Fidalgo m FernandezMar Carrasco Carrasco1000 Problemas de Fisica General j Fidalgo m Fernandezfisica 1Manuel Perdomofisica 1FisicaSalem SidhFisicaGiancoli Fisica 1anderzurdoGiancoli Fisica 1Química .La Ciencia Central . Brown .12 EdJason ParsonsQuímica .La Ciencia Central . Brown .12 EdFisica GeneralDavid GutierrezFisica GenerallibrocLuisGómezlibrocAlgebra Lineal y Sus Aplicacionesdjpolle90Algebra Lineal y Sus AplicacionesFisica Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol2gelmer7Fisica Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol2CURSO DE FISICA GENERALmtrg1CURSO DE FISICA GENERALCalculo.5ed.schaum.frank.ayresFrancisco Diego Zaballos HernandezCalculo.5ed.schaum.frank.ayresMecanica Vectorial Para Ingenieros Dinamica 9 Ed.Soledad GarcíaMecanica Vectorial Para Ingenieros Dinamica 9 Ed.Física Universitaria. Vol 1, 13va Edición - Sear-LalfLuis LópezFísica Universitaria. Vol 1, 13va Edición - Sear-LalfFísica - Raymond Serway - 4ta Ediciónargos3898Física - Raymond Serway - 4ta EdiciónFisica Para Ciencias e Ingenieria - GiancoliJosé Ignacio PalmaFisica Para Ciencias e Ingenieria - GiancoliAnalisis Vectorial, 2da Edición, SchaumAlexisCastillo25Analisis Vectorial, 2da Edición, SchaumFisica Como ResolverWilliam TaipeFisica Como ResolverFisica - Serway 6ta EdiciónYahirFisica - Serway 6ta EdiciónfisicaCesar Dom LopfisicaFÍSICA GIANCOLIAlejandra BeltránFÍSICA GIANCOLIFisicaREVOLVER347FisicaFisica (Giancoli)annapizzoFisica (Giancoli)Physics for Scientists and Engineers 4th Ed - D. Giancoli (Pearson, 2009) WWsanderdw90Physics for Scientists and Engineers 4th Ed - D. Giancoli (Pearson, 2009) WWFisica en Ejemplos Y Problemas - ButikovmarzinusFisica en Ejemplos Y Problemas - ButikovFisicaUniversitaria Sears 11Edicin TextAdrián Frutos MartínFisicaUniversitaria Sears 11Edicin TextQuimica - Manual Esencial SantillanaDoreya MorenoQuimica - Manual Esencial SantillanaDiccionario de matematicasErick PalmaDiccionario de matematicasNomenclatura QuimicaBrian MayNomenclatura Quimica

References: resolución

 resolución

Resolución 
 resolución 
 resolución 
 RESOLUCIÓN 
 resolución 
 resolución 
 resolución