Post on 21-Jan-2023
SEXTA EDIÇÃO
FÍSICA PARA CIENTISTAS E ENGENHEIROS Volume 1
Mecânica Oscilações e Ondas Termodinâmica
Paul A. Tipler Gene Mosca
Tradução e Revisão Técnica
Paulo Machado Mors Professor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Sumário Geral
VOLUME 1
1
PARTE 1
2
3 4
5 6 7 8 9
10 R
Medida e Vetores
MECÂNICA
Movimento em Uma Dimensão Movimento em Duas e Três Dimensões Leis de Newton Aplicações Adicionais das Leis de Newton Trabalho e Energia Cinética Conservação da Energia Conservação da Quantidade de Movimento Linear
Rotação Quantidade de Movimento Angu lar Relatividade Especia l
11 Gravitação 12 Equilíbrio Estático e Elasticidade 13 Fluidos
PARTE li OSCILAÇÕES E ONDAS
14 Oscilações 15 Ondas Progressivas 16 Superposição e Ondas Estacionárias
PARTE Ili TERMODIN.ÂMICA
17 Temperatura e Teoria Cinética dos Gases 18 Calor e a Primeira Lei da Termodinâmica 19 A Segunda Lei da Termodinâmica 20 Propriedades Térmicas e Processos Térmicos
APÊNDICES A Unidades SI e Fatores de Conversão B Dados Numéricos C Tabela Periód ica dos Elementos
Tutorial Matemático
Respostas dos Problemas Ímpares de Finais de Capítulo
lndice
~,, L T C
vi Sumjrlo Ott•I
VOLUME 2
PARTE IV ELETRICIDADE E MAGNETISMO
21 22 23
O Campo Elétrico 1: Distribuições Discretas de Cargas O Campo Elétrico li: Distribuições Continuas de Cargas Potencial Elétrico
24 Capacitância 25 Corrente Elétrica e Circuitos de Corrente Continua 26 O Campo Magnético 27 Fontes de Campo Magnético 28 Indução Magnética 29 Circuitos de Corrente Alternada 30 Equações de Maxwell e Ondas Eletromagnéticas
PA RTE V LUZ
31 Propriedades de Luz 32 Imagens Ópticas 33 Interferência e Difração
A P~ NDI CES
A Unidades SI e Fatores de Conversão B Dados Numéricos C Tabela Periódica dos Elementos
Tutorial M atemát ico Respostas d os Problemas Imperes de Finais de Ca pitu lo lndice
VOLUME 3
PARTE VI FfSICA MODERN A : M ECÂNICA QUÂNTICA. RELATIVIDADE E EST RUTURA DA MAT ÉRIA
34 Dualidade Onda-Partícula e Física Quãntica 35 Aplicações da Equação de Schrõdinger 36 Átomos 37 Moléculas 38 Sólidos 39 Relatividade 40 Física Nuclear 41 Partículas Elementares e a Origem do Universo
AP~ N DICES
A Unidades SI e Fatores de Conversão B Dados Numéricos C Tabela Periódica dos Elementos
Tutoria l M atemático Re spostas d os Problemas Impe res d e Fineis de Capitulo Índice
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Sumário
Prefácio Sobre os Autores
Capitu lo 1
MEDIDA E VETORES 1
XI
xíx GPS: Calculando Veto res Enquanto Você se M ov e 8 1
Resumo Problemas
82 83
1-1 1-2 1-3 1·4 1·5
A Natureza da Física Unidades
2 Cap ítulo 4
3 LEIS OE NEWTON 93 Conversão de Unidades 5 Dimensões de Quantidades Físicas 6 Algarismos Significativos e Ordem de Grandeza 7
1-6 1-7
Vetores 12 Propriedades Gerais dos Vetores 13
Flslca em Foco O Segundo Bissexto de 2006 20
PARTE 1
Capítulo 2
Resumo Problemas
MECÂNICA
MOVIMENTO EM UMA DIMENSÃO
2· 1 Deslocamento, Velocidade e Rapidez
2·2 Aceleração 2·3 Movimento com Aceleração
Constante 2-4 Integração
Capitulo 3
Física em Foco Aceleradores Lineares 60
Resumo Problemas
MOVIMENTO EM DUAS E TR~S DIMENSÕES 63
3-1 Deslocamento. Velocidade e Aceleração
3-2 Caso Especial 1: Movimento de Projéteis
3.3 Caso Especial 2: Movimento Circular
Física em Foco
2 7
21
22
28 35
37 46
51
52
63
71
78
4-1
4·2 4-3 4-4 4.5
4-6
4.7
4-8
Capítulo 5
Primeira Lei de Newton: A Lei da Inércia Força e Massa Segunda Lei de Newton A Força da Gravidade: Peso Forças de Contato: Sólidos. Molas e Fios Resolvendo Problemas: Diagramas
93 94 96 99
100
de Corpo Livre 103 Terceira Lei de Newton 108 Resolvendo Problemas: Problemas com Dois ou Mais Objetos 110
Física em Foco M onta nhas·russas e a N ecessidad e de Velocidade 1 1 3
Resumo Problemas
114 115
APLICAÇÕES ADICIONAIS DAS LEIS DE NEWTON 125
5-1
5-2 5-3
*5-4
5-5
Capítulo 6
At<ito Forças de Arraste Movimento em Trajetória Curva
Integração Numérica: Método de Euler O Centro de Massa
Física em Foco
Reconstituição de A cidentes -M edidas e Forças 1 54
126 136 138
143 145
Resumo 155 Problemas 156
TRABALHO E ENERGIA CINÉTICA 169
6-1 Trabalho Realizado por Força Constante 169
viii S um dr 1 o
6-2
6-3
6-4
•s-5
Trabalho Realizado por Força Variável -Movimento Unidimensional 174 O Produto Escalar 177 O Teorema do Trabalho-Energia Cinêtica - Trajetórias Curvas 183 Trabalho no Centro de Massa 185
Física em f ,oco Capitulo 10
Fisica em Foco U ltr"acentrifugas 307
Resumo 308 Problemas 309
Trabalho na Correia Transportadora de Bagagem
QUANTIDADE DE M OVIMENTO 188 A N GULAR 3 2 1
Capitu lo 7
Resumo
Problemas
C ONSERVAÇÃO DA EN ERGIA
7-1 Energia Potencial 7-2 A Conservação da Energia
Mecânica
7-3 A Conservação da Energia 7-4 Massa e Energia 7.5 Quantizaçào da Energia
Fisica em Foco
Vento Ouen-te 226
197
189 190
197
204 213 221 224
Resumo 227 Problemas 229
10-1 10-2
10·3
" 10-4
Capítu lo R
A Natureza Vetorial da Rotação Torque e Quantidade de Movimento Angular Conservação da Quantidade de Movimento Angular Quantização da Quantidade de Movimento Angular
Fisica em Foco O Mundo Girando: Ouen"tidsde de Movimento Angular Atmosférica 343
322
324
330
340
Resumo 344 Problemas 345
RELATIVIDADE ESPECIA L 353
Capítulo 12
EQUILIBRIO ESTÁTICO E ELASTICIDADE 405
12-1 Condições da Equillbrio 12-2 O Centro de Gravidade 12-3 Alguns Exemplos de Equillbrio
Estático 12-4 Equilíbrio Estático em um Referencial
405 406
407
Acelerado 414 12-5 Estabilidade do Equillbrio Rotacional 415 12-6 Problemas Indeterminados 416
12-7 Tensão e Deformação 417
Ffsica em Foco N anotubos de Carbono: Pequenos e Fortes 420
Resumo Problemas
Capitulo 13
FLUIDOS 431
13-1 13-2 13-3
13·4
Massa Específica Pressão em um Fluido Empuxo e Princípio de Arquimedes Fluidos em Movimento
Fisica em Foco Aerodinãmica Au1:omotiva: V iajando com o Vento 455
421 422
432 433
439 446
Resumo 456 Problemas 457
PARTE li OSCILAÇÕES E ONDAS
Capítulo 14
OSCILAÇÕES 465
14-1 Movimento Harmônico Simples 14·2 Energia no Movimento Harmônico
Simples 14-3 Alguns Sistemas Oscilantes 14·4 Oscilações Amortecidas 14-5 Oscilações Forçadas e Ressonância
Capftulo 15
Físic,a em Foco
No Compasso da Marcha: A Ponte do Milênio 491
Resumo
Problemas
ONDAS PROGRESSIVAS 501
15-1 Movimento Ondulatório Simples
465
472 475 483 487
492 493
502
Sumário ix
15-2 Ondas Periódicas 15·3 Ondas em Três Dimensões 15-4 Ondas Incidindo sobre Barreires 15·5 O Efeito Doppler
Física em Foco Tudo Tremeu: Bacias Sedimentares e Ressonância Sísmica 529
Resumo Problemas
Capítulo 16
SUPERPOSIÇÃO E ONDAS ESTACIONARIAS 539
16-1 16-2
*16·3
PARTE Ili
Capitulo 17
Superposição de Ondas Ondas Estacionárias Tópicos Adicionais
Física em Foco
Ecos do Silêncio: Arquitetura Acústica 560
Resumo Problemas
TERMODINÂMICA
TEMPERATURA E TEORIA CINÉTICA DOS GASES 571
17·1 Equílibrlo Térmico e Temperatura 17·2 Termômetros de Gás e a Escala
Absoluta de Temperatura 17-3 A Lei dos Gases Ideais 17-4 A Teoria Cinética dos Gases
Capitulo 18
Física em Foco Termõmotros Molecufares 592
Resumo Problemas
CALOR E A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 599
18-1 Capacidade Térmica e Calor Específico
18-2 Mudança de Fase e Calor Latente 18-3 O Experimento de Joule e a Primeira
Lei da Termodinâmica 18-4 A Energia Interna de um Gás Ideal 18-5 Trabalho e o Diagrama PV para
um Gás 18-6 Capacidades Térmicas dos Gases
509 514 518 523
530 532
540 547 556
561 562
571
574
577 582
593 594
600 603
606 608
609 613
X Sumário
18-7
18-8
18·9
Capítulo 19
Capacidades Térmicas dos Sólidos
Falha do Teorema da Eqüipanição A Compressão Adiabática Quase-estática de um Gás
Física em Foco R espiro m et:tia: R espiran do o Calor 626
Resumo
Problemas
A SEGU NDA LEI DA TERMODINÂMICA 635
19-1
19-2
19·3 *19-4
19·5
19-6
19·7
Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica Refrigeradores e a Segunda Lei da Termodinâmica
A Máquina de Carnot Bombas Térmicas Irreversibilidade, Desordem e Entropia Entropia e a Disponibilidade de Energia Entropia e Probabilidade
Física em Foco A Pe r pétua Batalha sobre o Movimento Perp é tu o 660
Resumo
Problemas
618 Capítulo 20
619 PROPRIEDADES TÉRMICAS E PROCESSOS TÉRMICOS 669
622
627
629
20-1 20-2
20·3 20-4
Expansão Térmica
A Equação de van der Waals e lsotermas Líquido-Vapor Diagramas de Fase
A Transferência de Calor
Física em foco Ilhas U rb anas de Calo r: N oites Que ntes na Cidade 688
670
674
676 677
Resumo 689 Problemas 690
636 Apêndice A
UNIDADES SI E FATORES DE 640 CONVERSÃO 695 643 649 Apênd ice B
DADOS NUMÉRICOS 697 650
Apêndice c 657 TABELA PERIÓDICA DOS 658 ELEMENTOS 701
661
TUTORIAL MATEMÁTICO 703
RESPOSTAS DOS PROBLEMAS (MPARES DE FINAIS DE CAPÍTULO 733
662 (NDICE 755
Sobre os Autores
Paul lipler nasceu na pequena cidade rural de Antigo, no WLSCOnsin, em 1933. Ele condLúu o ensino médio em Oshkosh. Wisconsin, onde seu pai era supedntcndcnte das escolas púbLicas. Graduou-se pela Purdue Univcrsity em 1955 e doutorou-se pela University of lUinoiscm 1962, onde estudou a estrutura dos núcleos. Lecionou por um a110 na \l\'esleyan Uni\'ersity en1 Connecticut, enquanto escre\ria sua tese,~
depois mudou-se para a Oakland Univcrsity em Michigan, onde foi unt dos membros fundadores do departamento de física, desempenhando papel unportante no desenvolvimento do currículo de física. Ao longo dos 20 anos seguintes, lecionou praticamente todos os cursos de física e escreveu a primeira e segunda eclições de seus largan1ente utilizados Livros-texto Ffsic11 Moderun (1969, 1978) e Física (1976, l.982}. Em 1982 ele se mudou paxa Berkeley, na Califón1ia, onde reside a t'1almente, e onde escreveu Física Uuivcrsitárin (1987) e a terceira edição de Física (1991). Além da físi· ca, seus i11tcresscs incluem música, c:xa1rsões e acampamentos, e ele é um excelente pianista de í•zz e jogador de pôquer.
Gene Mosca nasceu na Cidade de Nova York e c:resccu cm Shcller lsland, estado de Nova York. Ele estudou na Villanova University, na Oniversity of Michigan e na Univexsity of Vermont, onde doutorou-se em física. Gene aposentou-se recentemente de 51.1as funções docentes na U.S. Naval Academy, onde, como coordenador do conteúdo do curso de física, institc1iu inún1e:ras melhocias tanto em sala de .:iuln quanto no labora16rio. Co1\Siderado por Paul 1ipler como "o meU1or revisor que eu )ó tive", Mosca tomou-se seu co-aulor a partir da quinta edição desta Qbra.