Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)

Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)


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TERMODINÂMICA 
ÓPTICA 
UMA ABORDAGEM ESTRATÉGICA 
2ª EDIÇAO 
INTRODUÇÃO A Jornada na Física xxi 
Capítulo 15 Fluidos e Elasticidade 442 
15.1 Fluidos 442 
15.2 Pressão 444 
15.3 Medição e uso da pressão 451 
15.4 Empuxo 455 
15.5 Dinâmica dos fluidos 459 
15.6 Elasticidade 466 
RESUMO 469 
QUESTÕES E PROBLEMAS 4 70 
PARTE 111 RESUMO Aplicações da Mecânica Newtoniana 476 
PARTE IV Termodinâmica 
PANORAMA É tudo uma questão de energia 479 
Capítulo 16 Uma Descrição Macroscópica da · 
Matéria 480 
16.1 Sólidos, líquidos e gases 481 
16.2 Átomos e mols 482 
Sumário 
16.3 Temperatura 485 
16.4 Mudanças de fase 487 
16.5 Gases ideais 489 
16.6 Processos com gás ideal 494 
RESUMO 499 
QUESTÕES E PROBLEMAS 500 
Capítulo 17 Trabalho, Calor e a Primeira Lei da 
Termodinâmica 506 
17 .1 É tudo uma questão de energia 507 
17 .2 Trabalho em processos com um gás 
ideal 509 
17.3 Calor 513 
17.4 A primeira lei da termodinâmica 516 
17 .5 Propriedades térmicas da matéria 518 
17 .6 Calorimetria 522 
17.7 Calores específicos de gases 524 
17 .8 Mecanismos de transferência de calor 529 
RESUMO 534 
QUESTÕES E PROBLEMAS 535 
Capítulo 18 A Conexão Micro/Macro 541 
18.1 Velocidades moleculares e colisões 542 
18.2 A pressão de um gás 544 
18.3 Temperatura 547 
18.4 Energia térmica e çalor específico 549 
18.5 Interações térmicas e calor 554 
18.6 Processos irreversíveis e a segunda lei da 
termodinâmica 556 
RESUMO 561 
QUESTÕES E PROBLEMAS 562 
Capítulo 19 Máquinas Térmicas e 
Refrigeradores 566 
19.l Transformação de calor em trabalho 567 
19.2 Máquinas térmicas e refrigeradores 569 
19.3 Máquinas térmicas que operam com gás 
ideal 575 
19.4 Refrigeradores a gases ideais 579 
19.5 Os limites do rendimento 582 
xx Sumário 
-errnodmámica 598 
PARTE V Ondas e Óptica 
PANORAMA Além do modelo de partícula 601 
Capítulo 20 Ondas Progressivas 602 
20.1 O modelo de onda 602 
20.2 Ondas unidimensionais 605 
20.3 Ondas senoidais 608 
20.4 Ondas em duas e três dimensões 
20.5 Some luz 616 
20.6 Potência, intensidade e decibels 
20.7 O efeito Doppler 623 
RESUMO 627 
QUESTÕES E PROBLEMAS 628 
Capítulo 21 Superposição 634 
21.1 O princípio da superposição 634 
21.2 Ondas estacionárias 636 
614 
620 
\ 
21.3 Ondas estacionárias transversais 638 
21.4 Ondas estacionárias sonoras e acústica 
musical 642 
21.5 Interferência em uma dimensão 647 
21.6 A matemática da interferência 650 
21.7 Interferência em duas e três dimensões 653 
21.8 Batimentos 658 
RESUMO 661 
QUESTÕES E PROBLEMAS 662 
Capítulo 22 Óptica Ondulatória 670 
22.1 Luz e óptica 670 
22.2 Interferência luminosa 672 
22.3 Redes de difração 678 
22.4 Difração de fenda simples 681 
22.5 Difração em aberturas circulares 684 
22.6 Interferômetros 687 
RESUMO 692 
QUESTÕES E PROBLEMAS 693 
Capítulo 23 Óptica Geométrica 700 
23.1 O modelo de raios luminosos 700 
23.2 Reflexão 703 
23.3 Refração 706 
23 .4 Formação de imagens por refração 711 
23.5 Cor e dispersão 713 
23.6 Lentes delgadas: traçado de raios 716 
23.7 Lentes delgadas: teoria da refração 722 
23.8 Formação de imagens por espelhos 
esféricos 728 
RESUMO 732 
QUESTÕES E PROBLEMAS 733 
Capítulo 24 Instrumentos Ópticos 739 
24.1 Lentes compostas 739 
24.2 A câmera fotográfica 742 
24.3 Visão 745 
24.4 Sistemas ópticos de ampliação 749 
24.5 Resolução de instrumentos ópticos 753 
RESUMO 757 
QUESTÕES E PROBLEMAS 758 
Capítulo 25 Óptica Modei:na e Ondas de 
Matéria 763 
25 .1 Espectroscopia: desvendando a estrutura dos 
átomos 764 
25.2 Difração de raios X 766 
25.3 Fótons 769 
25.4 Ondas de matéria 772 
25.5 A energia é quantizada 776 
RESUMO 779 
QUESTÕES E PROBLEMAS 780 
PARTE V RESUMO Ondas e Óptica 784 
Apêndice A Revisão Matemática A-1 
Apêndice B Tabela Periódica dos Elementos B-1 
Respostas dos exercícios e problemas de numeração 
ímpar R-1 
Créditos C-1 
Índice 1-1 
Flui d 
Elasti,~~'!l!:~ 
A prática de cá'iaque em corredeiras 
exige uma compreensão 
intuitiva dos fluidos. 
~ Olhando adiante 
O objetivo do Capítulo 15 é entender 
os sistemas macroscópicos que fluem 
ou se deformam. Neste capítulo, você 
aprenderá a: 
\u2022 Entender e utilizar o conceito de 
massa específica. 
\u2022 Entender a pressão em líquidos e 
gases. 
\u2022 Usar uma variedade de unidades 
para medir a pressão. 
\u2022 Usar o princípio de Arquimedes 
para entender a flutuação. 
\u2022 Usar um modelo de fluido ideal 
para investigar como os fluidos 
escoam. 
\u2022 Ca lcular a deformação elástica de 
sólidos e líquidos. 
~ Em retrospectiva 
O materia l deste capítulo depende 
das condições de equilíbrio. Revise: 
\u2022 Seção 5.6 Equilíbrio e a primeira lei 
de Newton 
\u2022 Seção 10.4 Lei de Hooke e forças 
restauradoras 
Este caiaque flutua sobre a água, um fluido. A própria água está em movimento. 
Surpreendentemente, não precisamos de nenhuma lei da física para entender como os 
fluidos fluem ou por que alguns objetos bóiam ao passo que outros, afundam. A física 
dos fluidos , muitas vezes chamada de mecânica dos fluidos, é uma aplicação importante 
das leis de Newton e do princípio de conservação da energia - conteúdos de física que 
você aprendeu nas Partes 1 e II. 
Os fluidos são sistemas macroscópicos, e nosso estudo dos mesmos nos levará mui-
to além do modelo de partículas . Dois novos conceitos, densidade e pressão, serão 
introduzidos para descrever sistemas macroscópicos. Começaremos com a estática dos 
fluidos , para situações em que o fluido permanece em repouso. Ventosas e porta-aviões 
são apenas duas das aplicações que iremos explorar. A seguir, passaremos para os flui-
dos em movimento. A equação de Bernoulli, o princípio que governa a dinâmica dos 
fluidos, explicará desde como a água flui por mangueiras de bombeiros até como os 
aviões permanecem no ar, entre outras coisas. Então, encerraremos este capítulo com 
um breve olhar sobre uma propriedade diferente, mas relacionada, dos sistemas macros-
cópicos: a elasticidade dos sólidos. 
15.1 Fluidos 
De maneira bem simples, um. fluido é uma substância que flui ou escoa. Uma vez que 
fluem, os fluidos assumem a forma de seus recipientes em vez de reterem uma forma 
própria. Você pode pensar que os gases e os líquidos são muito diferentes, mas ambos são 
fluidos e suas semelhanças são, muitas vezes, mais importantes do que suas diferenças. 
CAPÍTULO IS \u2022 Fluidos e Elasticidade 443 
Gases e líquidos 
Conforme mostrado na FIGURA 15.1 a, um gás é um sistema no qual cada molécula se (a) Um gás Molécula de gás movendo-
;/ se livremente pelo espaço desloca pelo espaço como uma partícula livre e sem interagir até que ocasionalmente 
colida com outra molécula ou com a parede do recipiente. O gás com o qual estamos 
mais familiarizados é o ar, errÍ sua maior parte uma mistura de moléculas de nitrogênio ~ 
oxigênio. Os gases são sistemas macroscópicos relativamente simples, e a Parte IV deste 
livro lidará com as propriedades térmicas dos gases. Por enquanto, duas propriedades 
dos gases nos interessam: 
1. Os gases são fluidos. Eles escoam e exercem pressão contra as paredes de seus 
recipientes. 
2. Os gases são compressíveis, ou seja, o volume de um gás aumenta ou diminui 
facilmente, o que é conseqüência do "espaço vazio" entre as moléculas. 
Os líquidos são mais complicados do que os gases e os sólidos. Assim como os 
ólidos, os líquidos são praticamente incompressíveis. Esta propriedade significa que 
as moléculas de um líquido, como as de um sólido, se encontram tão próximas quanto 
po sível sem entrar em contato umas com as outras . Ao mesmo tempo, um líquido flui e 
se deforma de modo a se ajustar à forma do recipiente que o contém. A natureza fluida 
de um liquido nos diz que as moléculas estão livres para se deslocar.