de Arquímedes

Luz y óptica

Rayos de luz

Extensión del rayo de luz

Lente convergente

Lente divergente Espejo plano Espejo curvo

Objetos

Imágenes

PARTE 1

Mecánica

La física, fundamental entre las ciencias, se ocupa de los principios esenciales del Universo. Es el cimiento sobre el que se erigen las otras ciencias: astronomía, biología, química y geología. También es el fundamento de un gran número de aplicaciones de ingeniería. La belleza de la física consiste en la simplicidad de sus principios y en la forma en que con solo un pequeño número de conceptos y modelos modifica y expande nuestra visión del mundo.

El estudio de la física se divide en seis áreas primordiales: 1. La mecánica clásica, que se estudia el movimiento de los objetos de gran magnitud en comparación con los átomos y que se mueven con una rapidez mucho más lenta que la de la luz. 2. La relatividad, una teoría que describe los objetos que se mueven con cualquier rapidez, incluso los que se aproximan a la rapidez de la luz. 3. La termodinámica, que trata del calor, el trabajo, la temperatura y el comportamiento estadístico de los sistemas con gran número de partículas. 4. El electromagnetismo, al que compete la electricidad, el magnetismo y los campos electromagnéticos. 5. La óptica, que estudia el comportamiento de la luz y su interacción con los materiales. 6. La mecánica cuántica, un conjunto de teorías que conectan el comportamiento de la materia al nivel submicroscópico con las observaciones macroscópicas. Las disciplinas de la mecánica y el electromagnetismo son primordiales para todas las otras ramas de la física clásica (desarrolladas antes de 1900) y la física moderna (c. 1900–presente). La primera parte de este libro estudia a la mecánica clásica, conocida como mecánica newtoniana o simplemente mecánica. Muchos principios y modelos que se aplican para comprender los sistemas mecánicos conservan su importancia en las teorías de otras áreas de la física y sirven para describir muchos fenómenos naturales. Debido a eso, la mecánica clásica es trascendente para los estudiantes de todas las disciplinas. ■

El Toyota Mirai es un automóvil de celdas de combustible disponible para el público, aunque en cantidades limitadas. Una pila o celda de combustible convierte la fuente de hidrógeno en electricidad para impulsar el motor conectado a las ruedas del auto. Los automóviles, ya sea alimentados por celdas de combustible, motores de gasolina o baterías, utilizan muchos de los conceptos y principios de la mecánica que estudiaremos en esta primera parte del libro. Las cantidades que podemos utilizar para describir el funcionamiento de los vehículos incluyen la posición, la velocidad de la aceleración, la fuerza, la energía, y la cantidad de movimiento. (Chris Graythen/Getty Images Sport/Getty Images)

Para ver la referencia de Introducción a la Física I. Mecánica clásica, acceda al código

Para ver la referencia de Introducción a la Electricidad y magnetismo, acceda al código

1

Física y medición

Stonehenge, en el sur de Inglaterra, fue construido hace miles de años. Varias teorías se han propuesto acerca de su función, incluyendo un cementerio, un lugar de curación y un sitio de culto a los antepasados. Una de las ideas más intrigantes sugiere que Stonehenge era un observatorio, lo que permite efectuar mediciones de algunas de las cantidades analizadas en este capítulo, como la posición de los objetos en el espacio y los intervalos de tiempo entre eventos celestes periódicos.

1.1 Estándares de longitud, masa y tiempo 1.2 Modelado y representaciones alternativas 1.3 Análisis dimensional 1.4 Conversión de unidades 1.5 Estimaciones y cálculos de orden de magnitud 1.6 Cifras significativas IMAGINE Cada capítulo de este libro comenzará con un párrafo relacionado con un suceso que se desarrolla a lo largo del capítulo. La historia se centra en usted: un estudiante curioso de física. Podría vivir en cualquier parte del mundo, pero digamos que se encuentra en el sur de California, donde vive uno de los autores. La mayoría de sus observaciones ocurrirán allí, aunque usted viajará a otros lugares. A medida que realiza sus actividades diarias, usted ve la física en acción a su alrededor. De hecho, ¡no se puede alejar de ella! Al observar los fenómenos al comienzo de cada capítulo, usted se preguntará: “¿Por qué sucede eso?” Puede tomar mediciones con su teléfono inteligente. Puede buscar videos relacionados en YouTube o fotografías en un sitio de búsqueda de imágenes. De hecho tiene suerte porque, además de esos recursos, tiene este libro y la experiencia de su profesor para ayudarle a entender la física emocionante que le rodea. Veamos sus primeras observaciones a medida que comenzamos su historia. Usted acaba de comprar este libro y ha hojeado algunas de sus páginas; nota una página de conversiones en la contraportada interior y observa en las entradas de “longitud” la unidad de un año luz. Dice: “¡Espera un minuto! (dirá esto a menudo en los próximos capítulos). ¿Cómo puede una unidad basada en un año ser una unidad de longitud?”. Hojeando más páginas, ve 1 kg 2.2 lb (lb es la abreviatura de libra; lb es del latín libra pondo) bajo el título “Algunas aproximaciones útiles para problemas de cálculo”. Observa el signo “aproximadamente igual” ( ), se pregunta cuál es la conversión exacta y ve en la parte superior de la página el encabezado “Masa”, ya que un kilogramo es una unidad de masa. La relación entre kilogramos y libras ¡no se encuentra aquí! ¿Por qué no? ¡Su aventura en física ha empezado! CONEXIONES El segundo párrafo de cada capítulo le explicará cómo se conecta el material de este con capítulos anteriores y/o futuros. Esta característica le ayudará a ver que el libro no es una colección de capítulos no relacionados, sino una estructura de entendimiento que estamos construyendo paso a paso. Estos párrafos proporcionarán una guía a través de los conceptos y principios que se introducen en el texto. Estos jus-