Berkeley Physics Course vol 1 Mecanica

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mecánicamecánica
berkeley physics course - volumen
SEGUNDA EDICIÓN
TALLERES
ESTUDIANTILES
CIENCIAS
UNAM
1
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Educación
para todos
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hdice analítico 
Prólogo 
Prólogo a la segunda edición del volumen 1 
Prólogo original del Berkeley Physics Course 
Notas didácticas 
Nota para el alumno 
Notación 
Alfabeto griego 
Introducción 
Vectores 
Leyes del movimiento de Newton 
Sistemas de referencia: transformaciones de Galileo 
Conservación de la energía 
Conservación de la cantidad de movimiento y del momento cinético 
Oscilador armónico: propiedades y ejemplos 
Dinámica elemental de los cuerpos rígidos 
Fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia 
Velocidad de la luz 
Relatividad especial: transformaciones de Lorentz 
Dinámica relativista: cantidad de movimiento y energía 
Problemas de dinámica relativista 
Principio de equivalencia 
Apéndice 
Lista de películas 
índice al fa bético 
v11 
IX 
XI 
Xll l 
XVll 
XI x 
XXI 
2 
29 
61 
107 
141 
1811 
209 
247 
277 
307 
33'5 
359 
385 
407 
41 9 
42 1 
425 
V 
	Portada
	Índice analítico
	Prólogo
	Prólogo a la segunda edición del volumen 1
	Prólogo original del Berkeley Physics Course
	Notas didácticas
	Nota para el alumno
	Notación
	Alfabeto griego
	1 Introducción
	El mundo natural
	El papel de la teoría
	Geometría y física
	Estimaciones de la curvatura del espacio
	Geometría a escala menor
	Invariancia
	Invariancia en la traslación
	Invariancia en la rotación
	Problemas
	Lecturas suplementarias
	2 Vectores
	Terminología y conceptos
	Suma de vectores
	Producto de vectores
	Producto escalar
	Producto vectorial
	Derivadas vectoriales
	Velocidad
	Aceleración
	Ejemplo: Movimiento circualr
	Invariantes
	Ejemplos
	Problemas
	Notas matemáticas:
	Derivadas respecto al tiempo, velocidad y aceleración
	Ángulos
	La función exp(x)
	Desarrollo en serie
	Vectores y coordenadas polares esféricas
	Fórmulas de geometría analítica
	Identidades vectorales útiles
	Lecturas suplementarias
	3 Leyes del movimiento de Newton
	Leyes del movimiento de Newton
	Movimiento para F=0
	Fuerzas y ecuaciones del movimiento
	Movimiento de una partícula en un campo gravitatorio uniforme
	Ejemplo: Alacance máximo
	Ley de Newton de la gravitación universal
	Ejemplo: Satélite en una órbita circular
	Fuerzas eléctricas y magnéticas sobre una partícula cargada; unidades
	El campo eléctrico
	El campo magnético y la fuerza de Lorentz
	Movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico uniforme y constante
	Ejemplo: Aceleración longitudinal de un protón
	Ejemplo: Aceleración longitudinal de un electrón
	Ejemplo: Aceleración transversal de un electrón
	Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético constante uniforme
	Ejemplo: Frecuencia ciclotrónica
	Ejemplo: Radio de giro del ciclotrón
	Conservación de la cantidad de movimiento
	Deducción a partir de la tercera ley de Newton
	Ejemplo: Colisión elástica de dos partículas de igual masa con una de ellas inicialmente en reposo
	Fuerzas de contacto; rozamiento
	Ejemplo: Medida de mu
	Ejemplo: Deslizamiento con fureza tangencial variable en dirección
	Ejemplo: Movimiento horizontal con fuerza de rozamiento constante
	Problemas
	Tema avanzado. Partícula cargada en un campo eléctrico uniforme alterno
	Nota matemática. Ecuaciones diferenciales
	Nota histórica. La invención del ciclotrón
	Producción de iones ligeros de alta velocidad sin el empleo de grandes voltajes
	Lecturas suplementarias
	4 Sistemas de referencia: transformaciones de Galileo
	Sistemas de referencia inerciales y acelerados
	Ejemplo: Ultracentrifugadora
	La tierra como sistema de referencia
	Estrellas fijas: Un sistema de referencia inercial
	Las fuerzas en los sistemas de referencia inerciales
	Aceleración absoluta y relativa
	Fuerzas fictícias
	Ejemplo: Acelerómetro
	Ejemplo: Fuerza centrífuga y aceleración centrípeta en un sistema de rotación uniforme
	Ejemplo: Experiemento en un ascensor en caida libre
	Ejemplo. Péndulo de Foucault
	Velocidad absoluta y relativa, transformaciones de Galileo
	Conservación de la cantidad de moviemiento
	Ejemplo Choque inelástico de masas iguales
	Ejemplo: Reacciones químicas
	Ejemplo: Choque de una partícula pesada contra otra ligera
	Problemas
	Temas avanzados:
	Velocidad y aceleración en sistemas coordenados en rotaci´n
	Movimiento de un protón en campos eléctricos y magnéticos perpendiculares entre si
	Nota matemática: Derivada de producto de vectores
	Lecturas suplementarias
	5 Conservación de la energía
	Leyes de conservación del mundo físico
	Definición de conceptos
	Ejemplo: Movimiento libre de un cuerpo proyectado hacia arriba
	Conservación de la energía
	Trabajo
	Energía cinética
	Ejemplo: Caida libre
	Energía potencial
	Ejemplo: Fuerza restauradora lineal; transformaciones entre la energía cinética y la potencial
	Ejemplo: Conversión de energía en una cascada
	Ejemplo: Transformaciones de energía en el salto de pértiga
	Fuerzas conservativas
	Energía potencial y conservacion de la energía en campos gravitatorios y eléctricos
	Ejemplo. Velocidad de escape desde la Tierra y desde e sistema solar
	Ejemplo: Potencial gravitatorio próximo a la superficie de la Tierra
	Ejemplo: Movimiento de proyectiles
	Ejemplo: Campo electrostático
	Ejemplo: Potencial
	Ejemplo: Diferencia de potencial
	Ejemplo: Energía de la partícula cargada deducida de la diferencia de potencial
	Ejemplo: Aceleración de un protón en un campo eléctrico uniforme
	Ejemplo: Electrón-Volt
	Potencia
	Problemas
	Notas históricas
	Descubrimiento de Ceres
	Descubrimiento de Neptuno
	Lecturas suplementarias
	6 Conservación de la cantidad de movimiento y del momento cinético
	Fuerzas internas y conservación de la cantidad de moviemiento
	Centro de masas
	Ejemplo: Choque de partículas que se adhieren entre si
	Ejemplo: Componentes transversales de la cantidad de movimientoEjemplo: Choque de partículas con excitaciones internas}
	Ejemplo: Choque general elástico de partículas de masa diferente
	Sistemas con masa variable
	Ejemplo: Satélite en el polvo interplanetario
	Ejemplo: Problema del veículo espacial
	Ejemplo: Fuerza debida a una cadena que cae
	Conservación del momento cinético
	Los momentos debidos a fuerzas internas tienen una resultante nual
	Momento debido a la gravedad
	Momento cinético alrededor del centro de masas
	Ejemplo: Difusión de protontes por un núcleo pesado
	Ejemplo: Aceleración angular que acompaña a una contracción
	Ejemplo: Forma de la galaxia
	Problemas
	Lecturas suplementarias
	7 Oscilador armónico: propiedades y ejemplos
	Masa sujeta a un muelle
	Péndulo simple
	Circuito LC
	Movimiento de sistemas desplazados desde una posición de equilibrio estable
	Energía potencial y cinética media
	Rozamiento
	Velocidad límite
	Oscilador armónico amortiguado
	Ejemplo: Disipación de potencia
	Factor de calidad Q
	Oscilador armónico forzado
	Principio de superposición
	Problemas
	Temas avanzados Oscilador anarmónico
	Oscilador anarmónico forzado con fuerza de amortiguamiento
	Ejemplo: Estudio numérico de un oscilador armónico
	Notas matemáticas
	Fuerza resistente
	Velocidad límite
	Fuerza de muelle
	Fuerza de muelle y fuerza resistente
	Los números complejos y el oscilador armónico forzado
	Lecturas complementarias
	8 Dinámica elemental de los cuerpos rígidos
	La ecuación del movimiento
	Momento cinético y energía cinética
	Momentos de inercia
	Teorema de los ejes paralelos
	Teorema de los ejes perpendiculares
	Algunos casos especiales
	Rotaciones alrededor de ejes fijos: Dependencia del movimiento con el tiempo
	Ejemplo: Aceleración angular de un cilindro sólido sometido a un momento
	Giro sin deslizamiento
	Rotación alrededor del punto instantáneo de contacto
	Aceleración del centro de masas y aceleración angular alrededor del centro de masas
	Momentos alrededor del centro de masas
	Ejemplo: Cilindro sobre un plano rugoso acelerado
	Péndulo compuesto
	Rotación alrededor de ejes fijos: Comportamiento del vector momento cinético
	Momentos y productos de inercia: Ejes principales y ecuaciones de Euler
	Algunas aplicaciones simples de las ecuaciones de Euler
	Problemas
	Lecturas suplementarias
	9 Fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
	Energía potencial y fuerza entre una masa puntual y una corteza esférica
	Energía potencial y fuerza entre una masa puntual y una esfera maciza
	Auto-energía gravitatoria y electrostática
	Ejemplo: Energía gravitatoria de una galaxia
	Ejemplo: Energía gravitatoria de una esfera uniforme
	Ejemplo: Radio del electrón
	Fuerzas que suguen la ley del inverso del cuadrado de la distanciay equilibrio estático
	Órbitas: Ecuación y excentricidad
	Órbita circular
	Leyes de Kepler
	Problema de los dos cuerpos: Masa reducida
	Ejemplo: Vibración de una molécula diatómica}
	Problemas
	Tema avanzado. Otro modo de integrar la ecuación 1/r
	Lecturas suplementarias
	10 Velocidad de la luz
	La velocidad de la luz c como constante fundamental de la naturaleza
	Medida de c
	Tiempo de tránsito de la luz a través de la órbita de la tierra
	Aberración de la luz de las estrellas
	Ruedas dentadas y espejos en rotación
	Cavidad resonante
	Célula de Kerr
	Velociad de la luz en sistemas inerciales en movimiento relativo
	Experimentos de Michelson-Morley
	Invariancia de c
	Efecto Doppler
	Ejemplo. El corrimiento hacia el rojo debido al retroceso
	La velocidad límite
	Conclusiones
	Problemas
	Lecturas suplementarias
	11 Relatividad especial: transformaciones de Lorentz
	Hipótesis básicas
	Transformaciones de Lorentz
	Contracción de longitudes
	Medida de la longitud perpendicular a la velocidad relativa
	Dilatación del tiempo de los relojes móviles
	Ejemplo: Tiempo de vida de los mesones pi+
	Transformación de velocidades
	Ejemplo: Suma de velocidades
	Ejemplo: Aberración de la luz
	Ejemplo: Efecto Doopler longitudinal
	Relojes acelerados
	Problemas
	Lecturas suplementarias
	12 Dinámica relativista: cantidad de movimiento y energía
	Conservación de la cantidad de movimiento y su definción relativista
	Energía relativista
	Transformación de la cantidad de movimiento y de la energía
	Ejemplo: Choque inelástico
	Equivalencia de masa y energía
	Ejemplo: Conversiones masa-energía
	Ejemplo: Reacciones que proporcionan la energía estelar
	Partículas con masa en reposo cero
	Transformación de la derivada de la cantidad de movimiento respecto al tiempo
	Constancia de la carga
	Problemas
	Tema avanzado Emisión sin retroceso de rayos gama
	Nota histórica. Relación masa-energía
	Lecturas suplementarias
	13 Problemas de dinámica relativista
	Aceleración de una partícula cargada por un campo eléctrico longitudinal constante
	Aceleración mediante un campo eléctrico transversal
	Partícula cargada en un campo magnético
	Sistema centro de masas y energía umbral
	Ejemplo: Energía umbral para la fotoproducción de mesones pi+
	Ejemplo: Energía disponible a partir de una partícula móvil
	Ejemplo: Umbral del antiprotón
	Ejemplo: Efecto Compton
	Problemas
	Nota histórica. El sincrotrón
	Lecturas suplementarias
	14 Principio de equivalencia
	Masa inerte y gravitatoria
	Masa gravitatoria de los fotones
	Desplazamiento hacia el rojo debido a la gravitación
	Desviación de los fotones por el Sol
	Precesión del perihelio de mercurio
	Equivalencia
	Ondas gravitatorias
	Problemas
	Nota histórica. Los péndulos de Newton
	Lecturas suplementarias
	Apéndice
	Lista de películas
	índice alfabético