Física General: Los fenómenos de la Naturaleza
Archivo: PDF | Tamaño: 66 MB | Idioma: Spanish | Categoría: FÍSICA - MATEMÁTICA
Capítulo I. FÍSICA. MAGNITUDES FÍSICAS. SISTEMAS DE UNIDADES.
ERRORES EN LAS MEDIDAS ........................................ 11
A) El método científico ........................................................... 11
B) Magnitudes físicas. Unidades ............................................. 13
C) Cualidades de los aparatos de medida. Errores en las medidas ... 19
D) Medida de longitudes, tiempos y masas. Densidad ............ 20
Problemas ................................................................................ 26
Capítulo II. CÁLCULO VECTORIAL.
SISTEMAS DE REFERENCIA ......................................... 29
A) Vectores y escalares. Sistemas de referencia cartesianos .... 29
B) Álgebra vectorial ................................................................ 32
C) Teoría de momentos .......................................................... 38
D) Cálculo infinitesimal vectorial ............................................ 42
E) Coordenadas polares ......................................................... 44
Problemas ................................................................................ 45
MECÁNICA
Capítulo III. CINEMÁTICA DE LA PARTÍCULA. MAGNITUDES FUNDAMENTALES. MOVIMIENTO RECTILÍNEO .... 47
A) Introducción ...................................................................... 47
B) Magnitudes fundamentales de la cinemática de la partícula ... 48
C) Movimientos rectilíneos. Magnitudes angulares .................... 52
D) Casos particulares del movimiento rectilíneo ........................ 54
Problemas ............................................................................... 64
Capítulo IV. CINEMÁTICA DE LOS MOVIMIENTOS CURVILÍNEOS DE LA PARTÍCULA.
MOVIMIENTOS RELATIVOS ..................................... 69
A) Movimientos curvilíneos de la partícula ............................. 69
B) Estudio de diversos movimientos curvilíneos singulares de la partícula .... 74
C) Movimientos relativos ........................................................ 78
Problemas ................................................................................ 83
DINÁMICA DE LA PARTÍCULA
Capítulo V. FUERZA Y MASA. LAS TRES LEYES DE NEWTON.
ESTÁTICA DE LA PARTÍCULA .................................. 89
A) Primera ley de Newton. Concepto de fuerza. Estática de la partícula .. 89
B) Momento lineal. Segunda y tercera ley de Newton ............ 96
C) Magnitudes dinámicas angulares de la partícula ................ 99
D) Sistemas no inerciales. Dinámica del movimiento relativo de la partícula ... 103
Problemas ................................................................................ 108
Capítulo VI. PESO. ROZAMIENTO.
OSCILACIONES .................................................................. 117
A) Peso. Centro de gravedad .................................................. 117
B) Rozamiento por deslizamiento ........................................... 121
C) Dinámica de las oscilaciones mecánicas ............................ 123
Problemas ................................................................................ 129
Capítulo VII. TRABAJO Y ENERGÍA. TEORÍA DE CAMPOS.
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA ......... 137
A) Trabajo, potencia, energía ................................................. 137
B) Teoría de campos .............................................................. 140
C) Energías cinética y potencial gravitatoria. Principio de conservación de la energía ........ 149
D) Energía en los osciladores. Resonancia .............................. 154
Problemas ................................................................................ 160
DINÁMICA DE LOS SISTEMAS DE PARTÍCULAS
Capítulo VIII. DINÁMICA DE LOS SISTEMAS DE PARTÍCULAS DISCRETOS .. 167
A) Sistemas de partículas discretos ......................................... 167
B) Magnitudes dinámicas angulares de los sistemas de partículas ........... 172
C) Energía en los sistemas de partículas ................................. 175
D) Choques entre parejas de partículas .................................. 179
Problemas ................................................................................ 183
Capítulo IX. CINEMÁTICA Y ESTÁTICA DEL SÓLIDO RÍGIDO .. 189
A) Cinemática del sólido rígido .............................................. 189
B) Momentos ......................................................................... 192
C) Estática del sólido rígido .................................................... 196
D) Resistencia a la rodadura ................................................... 197
Problemas ................................................................................ 198
Capítulo X. DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO ............ 203
A) Análisis general .................................................................. 203
B) Trabajo y energía de un sólido en rotación ........................ 211
C) Oscilaciones, péndulo físico y giróscopo ............................ 213
Problemas ............................................................................ 219
Capítulo XI. EL CAMPO GRAVITATORIO ................... 227
A) Intensidad de campo gravitatorio ...................................... 228
B) Leyes de Kepler ................................................................. 230
C) Energía potencia gravitatoria ............................................. 232
D) Potencial gravitatorio ......................................................... 234
E) Trayectorias en un campo gravitatorio ............................... 237
F) Aplicación del teorema de Gauss ....................................... 240
Problemas ................................................................................ 242
Capítulo XII. ESTUDIO BÁSICO DE LA ESTRUCTURA DE LA
MATERIA. MECÁNICA DE FLUIDOS ...................... 245
A) Estudio básico de la estructura de la materia .................. 245
B) Hidrostática .................................................................. 253
C) Aerostática ................................................................... 260
D) Dinámica de fluidos en régimen de Bernouilli .................. 264
E) Dinámica de los fuidos reales ......................................... 271
Problemas ......................................................................... 276
Capítulo XIII. ELASTICIDAD. FENÓNEMOS MOLECULARES
EN LOS LÍQUIDOS ...................................................... 283
A) Elasticidad ................................................................... 283
B) Fenómenos moleculares en los líquidos ......................... 288
Problemas ........................................................................ 294
Capítulo XIV. TEMPERATURA Y DILATACIÓN. TEORÍA
CINÉTICO MOLECULAR .......................................... 297
A) Termometría ................................................................ 298
B) Dilatación de sólidos .................................................... 301
C) Dilatación de líquidos ................................................... 304
D) Dilatación de gases ideales ........................................... 306
E) Teoría cinético molecular .............................................. 309
Problemas ........................................................................ 312
Capítulo XV. EL CALOR Y SUS EFECTOS ............... 315
A) Calorimetría ................................................................ 315
B) Cambios de estado o de fase ....................................... 318
C) Licuefacción de gases. Ecuación de Van der Waals ..... 324
D) Transmisión de calor ................................................... 328
E) Disoluciones: propiedades coligativas ........................... 329
Problemas ....................................................................... 334
Capítulo XVI. PRIMER Y SEGUNDO PRINCIPIOS DE LA
TERMODINÁMICA ................................................... 337
A) Primer principio de termodinámica .............................. 337
B) Segundo principio de termodinámica ........................... 344
C) Máquinas térmicas ..................................................... 351
Problemas ...................................................................... 353
Capítulo XVII. ONDAS .............................................. 357
A) Ecuación de ondas .................................................... 357
B) Energía e intensidad de las ondas ............................... 362
C) Efecto Doppler-Fizeau .............................................. 365
D) Superposición de ondas. Interferencias ...................... 367
E) Difracción, reflexión y refracción ................................ 374
F) Polarización ............................................................... 378
G) Acústica. Propagación del sonido .............................. 379
H) Cualidades físicas del sonido ..................................... 382
I) Instrumentos musicales ............................................... 385
J) Percepción del sonido ................................................ 387
Problemas ..................................................................... 389
ELECTROMAGNETISMO
Capítulo XVIII. ELECTROSTÁTICA ...................... 395
A) Principios fundamentales de la electrostática .............. 395
B) El campo eléctrico .................................................... 399
C) Energía potencial de punto ........................................ 406
D) La función potencial del campo electrostático ............ 409
E) Energía asociada a un campo eléctrico ....................... 413
Problemas ..................................................................... 415
Capítulo XIX. EL CAMPO ELÉCTRICO EN LA MATERIA .. 419
A) Conductores cargados en equilibrio. Capacidad ........ 419
B) Fenómenos de influencia ........................................... 422
C) Condensadores ........................................................ 426
D) Dieléctricos. Polarización .......................................... 429
E) El vector desplazamiento ........................................... 435
Problemas ..................................................................... 439
Capítulo XX. CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA ...... 443
A) Corriente eléctrica: intensidad y resistencia. Efecto Joule .. 443
B) Fuerza electromotriz.
Circuito fundamental de corriente continua ....................... 450
C) Análisis de circuitos: leyes de Kirchhoff ........................... 452
D) Corrientes no estacionarias. Corriente de desplazamiento . 454
E) Generadores termoeléctricos ............................................ 457
F) Corriente continua en líquidos. Electrólisis. Pilas y
acumuladores .................................................................. 458
G) Paso de la corriente a través de los gases ......................... 464
Problemas ............................................................................ 466
Capítulo XXI. EL CAMPO MAGNÉTICO ..................... 475
A) Introducción .................................................................... 475
B) Fuerza de Lorentz: aplicaciones ........................................ 478
C) Ley de Biot y Savart: aplicaciones .................................... 484
D) Propiedades generales del campo magnético. Ley de
Ampère ............................................................................ 490
E) Campos magnéticos producidos por corrientes no
estacionarias ..................................................................... 494
F) Propiedades magnéticas de la materia ............................... 495
G) Aparatos de medida de la corriente continua .................... 506
Problemas ........................................................................... 508
Capítulo XXII. CORRIENTES INDUCIDAS ................ 513
A) Leyes de Faraday y de Lenz ........................................... 513
B) Autoinducción e inducción entre corrientes ...................... 517
C) Energía magnética. Descarga oscilante de un
condensador .................................................................. 521
D) Corrientes alternas: producción. Elementos básicos de
una red eléctrica ............................................................. 524
E) Estudio del circuito básico de corriente ............................ 527
F) Intensidad y FEM eficaces. Potencia de una corriente
alterna ............................................................................. 529
G) Impedancias en serie y en paralelo. Método fasorial ........ 532
H) Fenómenos de resonancia ............................................... 533
I) Amperímetros. Voltímetros y vaatímetros para corrientes
alternas ........................................................................... 535
J) Máquinas eléctricas: generadores de corriente alterna ....... 536
K) Generadores de corriente continua ................................. 539
L) Electromotores ............................................................... 541
M) Transformadores ........................................................... 542
Problemas ........................................................................... 544
Capítulo XXIII. ECUACIONES DE MAXWELL. ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS ...................................... 551
A) Ecuaciones de Maxwell ........................................... 551
B) Ondas electromagnéticas ......................................... 552
Problemas .................................................................... 566
Capítulo XXIV. ÓPTICA GEOMÉTRICA I ................ 569
A) Propagación de la luz, reflexión y refracción ............. 569
B) Prisma óptico .......................................................... 578
C) Dioptrio esférico ..................................................... 579
D) Espejos .................................................................. 583
Problemas ................................................................... 587
Capítulo XXV. ÓPTICA GEOMÉTRICA II ........... 591
A) Sistemas ópticos centrados ...................................... 591
B) Sistemas compuestos. Lentes ............................................. 594
C) Aberraciones geométricas .................................................. 598
D) El ojo humano ................................................................... 599
E) Instrumentos de óptica ....................................................... 601
Problemas .............................................................................. 607
Capítulo XXVI. ÓPTICA FÍSICA ...................................... 611
A) Dispersión de la luz. Espectroscopía .................................. 613
B) Radiación térmica. Cuerpo negro ....................................... 617
C) Fotometría ........................................................................ 622
D) El color ............................................................................. 625
E) Interferencias luminosas ..................................................... 629
F) Difracción de la luz ............................................................ 634
G) Polarización ....................................................................... 640
Problemas .............................................................................. 645
RELATIVIDAD
Capítulo XXVII. CINEMÁTICA Y DINÁMICA RELATIVISTAS .. 649
A) Cinemática relativista ........................................................................... 649
B) Dinámica relativista .............................................................................. 659
Problemas ................................................................................................ 665
EL ÁTOMO
Capítulo XXVIII. CORTEZA ATÓMICA ........................................... 669
A) Teoría de los cuantos ........................................................................... 669
B) Modelo atómico de Bohr ..................................................................... 671
C) Correcciones al modelo de Bohr. Números cuánticos ........................... 676
D) Átomos con más de un electrón ........................................................... 681
E) Láser y máser ...................................................................................... 686
F) Rayos X .............................................................................................. 688
G) Dualidad onda-corpúsculo ................................................................... 692
H) Mecánica cuántica ............................................................................... 694
Problemas ................................................................................................ 701
Capítulo XXIX. ELECTRÓNICA ......................................................... 703
A) Teoría de bandas ................................................................................. 703
B) Válvulas electrónicas ............................................................................ 707
C) Tubos fotoeléctricos ............................................................................ 713
D) Aplicaciones de los rayos catódicos ..................................................... 714
E) Dispositivos con semiconductores ........................................................ 717
F) Conmutación y puertas lógicas ............................................................. 723
Problemas ................................................................................................ 724
Capítulo XXX. EL NÚCLEO ATÓMICO ........................................... 727
A) Características del núcleo ................................................................... 727
B) Radiactividad natural .......................................................................... 732
C) Reacciones nucleares ......................................................................... 739
D) Reacciones de fisión y de fusión ......................................................... 745
E) Partículas elementales ......................................................................... 753
Problemas .............................................................................................. 759
COMPENDIO
La Física trata de dar contestación a los fenómenos de la Naturaleza, fenómenos de cada día, de cada instante, comienza por dar al hombre que la trabaja un agudo espíritu de observación, obligándole en todo momento a preguntarse los motivos (¿por qué?) de ciertos cambios que su medio material experimenta. Al no contentarse con un mero «por que sí» se obliga a recorrer todos los conocimientos que de éstas y otras disciplinas tiene, aunque es probable que previo a este análisis memorístico, trate de clasificar el fenómeno. Su imaginación juega, sus sentidos observan y analizan, su inteligencia determina, llegando en un alto porcentaje de los casos a la conclusión de que la Física puede darle una respuesta aclaratoria del fenómeno observado.
Esta inquietud del hombre condicionada a su razón, tratando de explicarse los fenómenos que ocurren a su alrededor, hace que se organice sistemáticamente, estableciéndose un método para encontrar respuesta a sus interrogantes: observación, razonamiento y experimentación constituyen lo que llamamos el MÉTODO CIENTÍFICO; no necesariamente este proceso sigue el orden que hemos establecido, piénsese, por ejemplo, en los trabajos de Dimitri I. Mendeléiev (1834-1907) ordenando los elementos en lo que hoy se denomina sistema periódico, atreviéndose a dejar huecos prediciendo la existencia de elementos desconocidos hasta entonces, adelantándose la razón a la observación. Muy frecuentemente, trabajos realizados por los que han sido llamados físicos teóricos y que a primera vista parecen puramente teóricos y abstractos, encuentran con el tiempo las más diversas aplicaciones técnicas.
En el estudio de la Física en general, las Matemáticas constituyen la herramienta fundamental en la descripción del comportamiento físico; sin embargo, la descripción perfectamente pormenorizada no es posible debido al comportamiento anárquico de la naturaleza en muchas de sus facetas. La aplicación de las Matemáticas a un fenómeno físico implica un conocimiento exhaustivo del problema, su formulación matemática representa un modelo o descripción límite ideal, que se aproxima, pero nunca alcanza por completo la situación física real.
El estudiante debe tener un proceso dual en su mente, debe pensar en la situación física y también de acuerdo con la descripción matemática correspondiente; al construir el modelo matemático idealizado, para su aplicación a un problema real, debe conocer las limitaciones y aproximaciones que se han realizado y por supuesto tener conocimiento de las consecuencias que pueden tener, en muchos casos decimos que no influyen o que son despreciables. Esta aproximación es totalmente válida en un conocimiento en que es aplicada al problema técnico, siempre que los efectos de esta aproximación no vulneren el funcionamiento del mecanismo, estructura, prototipo... que se ha aplicado.
