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13.4.4 Solidificación 373 13.4.5 Sublimación 373 13.4.6 Deposición 373 13.4.7 Ebullición 373 13.5 Trabajo en procesos termodinámicos 378 13.6 Primera ley de la termodinámica 383 13.6.1 Casos particulares 384 13.7 Procesos termodinámicos 385 13.7.1 Proceso isobárico 385 13.7.2 Proceso isovolumétrico 386 13.7.3 Proceso adiabático 386 13.7.4 Proceso isotérmico 387 13.8 Capacidad calórica de un gas ideal 389 13.9 Proceso adiabático de un gas ideal 396 Problemas 399 CAPÍTULO 14. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 407 14.1 Calor y temperatura 407 14.2 Conducción de calor 408 14.3 Convección 412 14.4 Radiación 414 14.4.1 Espectro de radiación 415 14.4.2 Penetración de la radiación electromagnética 417 14.4.3 Leyes de radiación 419 Problemas 424 CAPÍTULO 15. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Y ENTROPIA. 429 15.1 Máquinas térmicas 430 15.1.1 Máquina térmica 430 15.1.2 Eficiencia térmica 431 15.2 Segunda Ley de la Termodinámica 431 15.2.1 Forma de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica 432 15.2.2 Enunciado de Clausius de la segunda ley de la termodinámica 433 15.3 Procesos reversibles e irreversibles 434 15.4 Máquina de Carnot 435 15.4.1 Eficiencia de una máquina de Carnot 439 15.5 Escala de temperatura absoluta. 441 15.6 Bombas de calor y refrigeradores 441 15.7 Entropía 443 15.7.1 Entropía en un proceso reversible de un gas ideal 446 15.7.2 Entropía en la conducción de calor 447 15.7.3 Entropía en una expansión libre 448 15.7.4 Entropía en la transferencia de calor irreversible 450 Problemas 453 APENDICES 461 A. Álgebra 461 B. Geometría 463 C. Trigonometría 465 D. Derivadas e integrales 468 E. Datos comunes en el sistema solar y terrestre 470 F. Factores de conversión de unidades de medida 471 G. Letras Griegas 473 xii
1.1 INTRODUCCION. 13 Cap. 1 Introducción a la Física CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA Los adelantos de la ciencia han provocado muchos cambios en el mundo. Por ejemplo, desde Aristóteles en el 350 AC y hasta hace 500 años se creía que la Tierra era plana y que estaba en el centro del universo, hace 70 años no se conocía la televisión, los aviones jet ni la forma de prevenir las picaduras dentales, hace pocos años se descubrió la clonación de seres vivos, recientemente se descifró el código del genoma humano (dicen que Dios esta hecho un diablo por esto). La ciencia no es nueva, data de la prehistoria. El ser humano ha estado sobre la Tierra desde hace 100 mil años y desde entonces ha empezado a hacer ciencia. Por ejemplo en el comienzo se descubrieron las primeras regularidades y relaciones en la naturaleza. Una de las regularidades era la forma de los patrones de las estrellas que aparecían en el cielo nocturno. Otra evidente era el ciclo del clima a lo largo del año, distinguiéndose claramente el comienzo de la temporada de lluvias o la de calor. La gente aprendió a usar estos ciclos para hacer predicciones y surgieron los primeros pronósticos del tiempo. De este modo fueron aprendiendo más y más acerca del comportamiento de la naturaleza. Todos estos conocimientos forman parte de la ciencia, pero la parte principal esta formada por los métodos que se usan para adquirir esos conocimientos. La ciencia es una actividad humana, formada por un conjunto de conocimientos. La ciencia es el equivalente contemporáneo de lo que se llamaba filosofía natural. La filosofía natural era el estudio de las preguntas acerca de la naturaleza que aún no tenían respuesta. A medida que se iban encontrando esas respuestas, pasaban a formar parte de lo que hoy llamamos ciencia. La ciencia hizo sus mayores progresos en el siglo XVI, cuando se descubrió que era posible describir la naturaleza por medio de las matemáticas. Cuando se expresan las ideas de la ciencia en términos matemáticos no hay ambigüedad, es mas fácil verificarlos o refutarlos por medio del experimento. La ciencia contemporánea se divide en el estudio de los seres vivos y en el estudio de los objetos sin vida, es decir, en ciencias de la vida y en ciencias físicas. Las ciencias de la vida se dividen en áreas como la biología, zoología y la botánica. Las ciencias físicas se dividen en áreas como la física, geología, astronomía y química.
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1 y = yo + voy ( t − to ) + a y (
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1 0 = vosenαt − gt 2 vo t = 2 se
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a m r r r ∆v v f − vi = = ∆t
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3.4 VELOCIDAD Y ACELERACIÓN ANGULA
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1 θ = θo + ωo ( t − to ) + α(
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2π 2π ω = = = T 365× 86400 v a
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F 12 r = −F 21 115 (4.3) Cap. 4 D
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T = P senα = 50 sen 30 = 25 N N =
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Figura 4.5. Ejemplo 3: a) izquierda
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T = mg - ma ⇒ mg - ma - Mg senα
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Figura 4.8 a) izquierda, b) derecha
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Figura 4.11 Ejemplo 6. a) izquierda
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Figura 4.22 Figura 4.23 141 Cap. 4
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CAPITULO 5. TRABAJO Y ENERGIA. 143
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W = F ⋅ r 145 Cap. 5 Trabajo y En
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dW P = dt 151 Cap. 5 Trabajo y Ener
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5.5 FUERZAS CONSERVATIVAS Y NO CONS
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E P r = −∫ F ⋅ dr + E r r r r
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157 Cap. 5 Trabajo y Energía. Esto
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W W W W NC NC NC NC = ∆E = ( E =
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165 Cap. 5 Trabajo y Energía. un i
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Figura 5.11 Problema 5.13. 167 Cap.
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169 Cap. 5 Trabajo y Energía. 5.25
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171 Cap. 6 Torque y equilibrio. CAP
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τ = r × F 173 (6.1) Cap. 6 Torque
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175 Cap. 6 Torque y equilibrio. Eje
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∑ O Fx = 0 , ∑ Fy = 0, ∑τ =
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1ª condición de equilibrio: ∑
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181 Cap. 6 Torque y equilibrio. Se
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183 Cap. 6 Torque y equilibrio. tab
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185 Cap. 6 Torque y equilibrio. Tal
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187 Cap. 6 Torque y equilibrio. 6.7
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189 Cap. 6 Torque y equilibrio. 6.1
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193 Cap.7 Momento lineal y choques
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Solución. a) Cálculo del impulso,
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pi = - 0.63 kgm/s, pf = 0.54 kgm/s
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p i1 r m v 1 r + p i1 i2 r = p r +
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m m 1 1 2 2 2 2 ( v − v ) = m ( v
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PROBLEMAS. 209 Cap.7 Momento lineal
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CAPITULO 8. DINAMICA DE ROTACIÓN.
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TABLA 8.1 217 Cap. 8 Dinámica de r
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Figura 8.2 219 Cap. 8 Dinámica de
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221 Cap. 8 Dinámica de rotación.
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dW =F·ds =( F senφ) rdθ = Ft rd
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En el punto mas bajo la rapidez es
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PROBLEMAS. 239 Cap. 8 Dinámica de
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L = 2 gM L sen θ cosθ 243 3 4 Cap
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247 Cap. 9. Ley de gravitación. CA
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mM T mg = G ( R + z) 249 T M T g =
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Como r = 2RT, reemplazando F G = F
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E E gf gf − Egi = ∫ − E gi r
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= FG FC ma 2 c GMm = 2r GMm ⇒ = r
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M S 261 2 3 4π r = 2 GT Cap. 9. Le
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dA dt = L 2M p = cons tante 263 Cap
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265 Cap. 9. Ley de gravitación. la
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271 Cap. 10. Mecánica de fluidos.
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∆ E g = ∆mgy Por el teorema del
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p v 1 2 1 ⎛ A + ρ 2 ⎜ ⎝ A =
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299 Cap. 11. Movimiento oscilatorio
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e) para t = 0 y t = 1s, x o amax =
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T f 2π = = 2π ω 1 1 = = T 2π 30
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El periodo del movimiento es: 2 π
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ω = 317 κ I 2 π I T = = 2π ω
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Cap. 12. Temperatura, dilatación t
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12.3 TERMOMETRO DE GAS Y ESCALA KEL
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∆T T − T1 157 − ( −58) b =
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∆l = α l ∆T = ( 12× 10 Cap. 1
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trayectoria iAf: trayectoria if: Ca
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c) De la primera ley de la termodin
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Q DA Cap. 13. Calor y la Primera Le
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y de la ecuación 13.15 TV T f γ
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Cap. 14. Mecanismos de transferenci
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H oro = H plata ⇒ k1A Cap. 14. Me
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14.4 RADIACION. Cap. 14. Mecanismos
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Tabla F4. Fuerza. N dina lb 1 Newto
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