Física para cientistas e engenheiros - vol. 4: Luz, óptica e física moderna: Volume 4

472 Pages·2012·31.87 MB·Portuguese

by  John Jewett

Outras Obras
tradução da 8a Edição
nortE-amEricana
Física para cientistas
e engenheiros
Volume 1: Mecânica
rJ Tradução da 8ª edição
ao
yh norte­americana
mn
o W
n. John W. Jewett Jr. e
dJ
LUZ, ÓPTICA E FÍSICA MODERNA aeW Raymond A. Serway
. Se
t
et
John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay r,
WJ
r
ay. Física para cientistas

e engenheiros
Este livro tem dois objetivos principais: fornecer ao estudante uma apresentação clara
Volume 2: Oscilações, ondas
e lógica dos conceitos e princípios básicos da Física e fortalecer a compreensão de
e termodinâmica
conceitos e princípios por meio de uma vasta gama de aplicações interessantes no
Tradução da 8ª edição
mundo real.
L norte­americana
Para atingir esses objetivos, os autores enfatizam argumentos físicos e metodo­
U
John W. Jewett Jr. e
logia de resolução de problemas. Ao mesmo tempo, tentam motivar o estudante por
Z Raymond A. Serway
meio de exemplos práticos que demonstram o papel da Física em outras disciplinas,
,
entre elas, engenharia, química e medicina.
Ó
Recursos como exemplos resolvidos, testes rápidos, um conjunto extenso de pro­
P Física para cientistas
blemas , revisão de conceitos e equações, entre outros, conferem à obra os esforços
T e engenheiros
dos autores em apresentar recursos pedagógicos que ajudem no processo de ensino
Volume 3: Eletricidade
e aprendizagem. I
C e magnetismo
Escrito em estilo claro, lógico e atrativo, Física para cientistas e engenheiros, Volume 4, A
Tradução da 8ª edição
fundamenta algumas de suas características nas experiências dos autores e nas
norte­americana
tendências atuais do ensino científico. É o guia principal do estudante para a E
John W. Jewett Jr. e
compreensão e aprendizagem do tema.
F Raymond A. Serway
Í
Aplicações S
Pode ser utilizado como livro­texto dos cursos introdutórios de Física para os próprios I
C
cursos de bacharelado e licenciatura em Física, Matemática e Química, Engenharias e LUZ, ÓPTICA E
A
Ciência da Computação. Também pode ser utilizado por aqueles que desejam atuali­
zar­se sobre o conhecimento desta fantástica ciência que é a Física.
M
FÍSICA MODERNA
O
D
E
R John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay
N
tradução da 8a Edição
A
nortE-amEricana
isbn 13 978-85-221-1111-4
isbn 10 85-221-1111-1
Para suas soluções de curso e aprendizado,
visite www.cengage.com.br 9 788522 111114
Outras Obras
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nortE-amEricana
Física para cientistas
e engenheiros
Volume 1: Mecânica
rJ Tradução da 8ª edição
ao
yh norte­americana
mn
o W
n. John W. Jewett Jr. e
dJ
LUZ, ÓPTICA E FÍSICA MODERNA aeW Raymond A. Serway
. Se
t
et
John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay r,
WJ
r
ay. Física para cientistas

e engenheiros
Este livro tem dois objetivos principais: fornecer ao estudante uma apresentação clara
Volume 2: Oscilações, ondas
e lógica dos conceitos e princípios básicos da Física e fortalecer a compreensão de
e termodinâmica
conceitos e princípios por meio de uma vasta gama de aplicações interessantes no
Tradução da 8ª edição
mundo real.
L norte­americana
Para atingir esses objetivos, os autores enfatizam argumentos físicos e metodo­
U
John W. Jewett Jr. e
logia de resolução de problemas. Ao mesmo tempo, tentam motivar o estudante por
Z Raymond A. Serway
meio de exemplos práticos que demonstram o papel da Física em outras disciplinas,
,
entre elas, engenharia, química e medicina.
Ó
Recursos como exemplos resolvidos, testes rápidos, um conjunto extenso de pro­
P Física para cientistas
blemas , revisão de conceitos e equações, entre outros, conferem à obra os esforços
T e engenheiros
dos autores em apresentar recursos pedagógicos que ajudem no processo de ensino
Volume 3: Eletricidade
e aprendizagem. I
C e magnetismo
Escrito em estilo claro, lógico e atrativo, Física para cientistas e engenheiros, Volume 4, A
Tradução da 8ª edição
fundamenta algumas de suas características nas experiências dos autores e nas
norte­americana
tendências atuais do ensino científico. É o guia principal do estudante para a E
John W. Jewett Jr. e
compreensão e aprendizagem do tema.
F Raymond A. Serway
Í
Aplicações S
Pode ser utilizado como livro­texto dos cursos introdutórios de Física para os próprios I
C
cursos de bacharelado e licenciatura em Física, Matemática e Química, Engenharias e LUZ, ÓPTICA E
A
Ciência da Computação. Também pode ser utilizado por aqueles que desejam atuali­
zar­se sobre o conhecimento desta fantástica ciência que é a Física.
M
FÍSICA MODERNA
O
D
E
R John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay
N
tradução da 8a Edição
A
nortE-amEricana
ISBN 13 978-85-221-1349-1
ISBN 10 85-221-1349-1
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9 788522 113491
Cartela Pedagógica Colorida
Mecânica e Termodinâmica
Vetores deslocamento Vetores momento
e posição linear ( Sp ) e
Componente de vetores angular ( SL )
deslocamento e posição Componente de vetores
Vetores velocidade linear(Sv) momento linear
e angular
e angular(vS)
Componente de vetores Vetores torque St
velocidade
Componente de vetores
S
Vetores força (F)
torque
Componente de vetores força
Direção esquemática
Vetores aceleração (Sa) de movimento linear
Componente de vetores ou rotacional
aceleração
Seta dimensional de
Setas de transferência de energia
W rotação
maq
Seta de alargamento
Q
f
Molas
Qq Polias
Seta de processo
Eletricidade e Magnetismo
Campos elétricos Capacitores
Vetores campo elétrico
Componentes de vetores campo Indutores (bobinas)
elétrico
Campos magnéticos Voltímetros V
Vetores campo magnético
Componentes de vetores Amperímetros A
campo magnético
Fontes AC
Cargas positivas (cid:31)
Lâmpadas
Cargas negativas (cid:30)
Resistores
Símbolo de terra
Baterias e outras fontes de (cid:31)
Corrente
alimentação DC (cid:30)
Interruptores
Luz e Óptica
Espelho
Raio de luz
Espelho curvo
Raio de luz focado
Raio de luz central
Corpos
Lente convexa
Lente côncava Imagens
contra capa.indd 1 25/7/2011 16:55:40
Algumas constantes físicas
Quantidade Símbolo Valora
Unidade de massa atômica u 1,660538782(83) × 10-27 kg
931,494028(23) MeV/c2
Número de Avogadro NA 6,02214179(30) × 1023 partículas/mol
Magneton de Bohr m 5 e " 9,27400915(23) × 10−24 J/T
B 2m
e
Raio de Bohr "2 5,2917720859(36) × 10−11 m
a 5
0 me2k
e e
Constante de Boltzmann k 5 R 1,3806504(24) × 10−23 J/K
B N
A
Comprimento de onda Compton l 5 h 2,4263102175(33) × 10−12 m
C mc
e
Constante de Coulomb k 5 1 8,987551788 . . . × 109 N ? m2/C2 (exato)
e 4πP
0
Massa do dêuteron md 3,34358320(17) × 10−27 kg
2,013553212724(78) u
Massa do elétron me 9,10938215(45) × 10−31 kg
5,4857990943(23) × 10-4 u
0,510998910(13) MeV/c2
Elétron-volt eV 1,602176487(40) × 10−19 J
Carga elementar e 1,602176487(40) × 10−19 C
Constante dos gases perfeitos R 8,314472(15) J/mol ? K
Constante gravitacional G 6,67428(67) × 10−11 N ? m2/kg2
Massa do nêutron mn 1,674927211(84) × 10−27 kg
1,00866491597(43) u
939,565346(23) MeV/c2
Magneton nuclear m 5 e " 5,05078324(13) × 10−27 J/T
n 2m
p
Permeabilidade do espaço livre m0 4p × 10−7 T ? m/A (exato)
Permissividade do espaço livre P 5 1 8,854187817 . . . × 10−12 C2/N ? m2 (exato)
e µ c2
0
Constante de Planck h 6,62606896(33) × 10−34 J ? s
"5 h 1,054571628(53) × 10−34 J ? s
2 π
Massa do próton mp 1,672621637(83) × 10−27 kg
1,00727646677(10) u
938,272013(23) MeV/c2
Constante de Rydberg RH 1,0973731568527(73) ×107 m−1
Velocidade da luz no vácuo c 2,99792458 × 108 m/s (exato)
Observação: Essas constantes são os valores recomendados em 2006 pela CODATA com base em um ajuste dos dados de diferentes medições pelo
método de mínimos quadrados. Para uma lista mais completa, consulte P. J. Mohr, B. N. Taylor e D. B. Newell, “CODATA Recommended Values of the
Fundamental Physical Constants: 2006”. Rev. Mod. Fís. 80:2, 633-730, 2008.
a Os números entre parênteses nesta coluna representam incertezas nos últimos dois dígitos.
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Dados do Sistema Solar
Distância média a
Corpo Massa (kg) Raio médio (m) Período (s) partir do Sol (m)
Mercúrio 3,30 × 1023 2,44 × 106 7,60 × 106 5,79 × 1010
Vênus 4,87 × 1024 6,05 × 106 1,94 × 107 1,08 × 1011
Terra 5,97 × 1024 6,37 × 106 3,156 × 107 1,496 × 1011
Marte 6,42 × 1023 3,39 × 106 5,94 × 107 2,28 × 1011
Júpiter 1,90 × 1027 6,99 × 107 3,74 × 108 7,78 × 1011
Saturno 5,68 × 1026 5,82 × 107 9,29 × 108 1,43 × 1012
Urano 8,68 × 1025 2,54 × 107 2,65 × 109 2,87 × 1012
Netuno 1,02 × 1026 2,46 × 107 5,18 × 109 4,50 × 1012
Plutãoa 1,25 × 1022 1,20 × 106 7,82 × 109 5,91 × 1012
Lua 7,35 × 1022 1,74 × 106 — —
Sol 1,989 × 1030 6,96 × 108 — —
a Em agosto de 2006, a União Astronômica Internacional adotou uma definição de planeta que separa Plutão dos outros oito planetas. Plutão
agora é definido como um “planeta anão” (a exemplo do asteroide Ceres).
Dados físicos frequentemente utilizados
Distância média entre a Terra e a Lua 3,84 × 108 m
Distância média entre a Terra e o Sol 1,496 × 1011 m
Raio médio da Terra 6,37 × 106 m
Densidade do ar (20 °C e 1 atm) 1,20 kg/m3
Densidade do ar (0 °C e 1 atm) 1,29 kg/m3
Densidade da água (20 °C e 1 atm) 1,00 × 103 kg/m3
Aceleração da gravidade 9,80 m/s2
Massa da Terra 5,97 × 1024 kg
Massa da Lua 7,35 × 1022 kg
Massa do Sol 1,99 × 1030 kg
Pressão atmosférica padrão 1,013 × 105 Pa
Observação: Esses valores são os mesmos utilizados no texto.
Alguns prefixos para potências de dez
Potência Prefixo Abreviação Potência Prefixo Abreviação
10–24 iocto y 101 deca da
10–21 zepto z 102 hecto h
10–18 ato a 103 quilo k
10–15 fento f 106 mega M
10–12 pico p 109 giga G
10–9 nano n 1012 tera T
10–6 micro µ 1015 peta P
10–3 mili m 1018 exa E
10–2 centi c 1021 zeta Z
10–1 deci d 1024 iota Y
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Abreviações e símbolos padrão para unidades
Símbolo Unidade Símbolo Unidade
A ampère K kelvin
u unidade de massa atômica kg quilograma
atm atmosfera kmol quilomol
Btu unidade térmica britânica L ou l litro
C coulomb Lb libra
°C grau Celsius Ly ano-luz
cal caloria m metro
d dia min minuto
eV elétron-volt mol mol
°F grau Fahrenheit N newton
F faraday Pa pascal
pé pé rad radiano
G gauss rev revolução
g grama S segundo
H henry T tesla
h hora V volt
hp cavalo de força W watt
Hz hertz Wb weber
pol. polegada yr ano
J joule Ω ohm
Símbolos matemáticos usados no texto e seus significados
Símbolo Significado
= igual a
≡ definido como
≠ não é igual a
∝ proporcional a
∼ da ordem de
> maior que
< menor que
>>(<<) muito maior (menor) que
≈ aproximadamente igual a
Δx variação em x
N soma de todas as quantidades x de i = 1 para i = N
i
axi
i = 1
|x| valor absoluto de x (sempre uma quantidade não negativa)
Δx S 0 Δx se aproxima de zero
dx derivada x em relação a t
dt
0x derivada parcial de x em relação a t
0t
integral
3
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Física
para cientistas e engenheiros
Volume 4 Luz, óptica e

física moderna
LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb ii 1111//0055//22001122 0000::5511::0088
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Jewett Jr., John W.
Física para cientistas e engenheiros, volume 4 :
luz, óptica e física moderna / John W. Jewett Jr.,
Raymond A. Serway ; tradução All Tasks ; revisão técnica
Carlos Roberto Grandini. -- São Paulo : Cengage Learning,
2012.
Título original: Physics for scientists & engineers :
vol 2
8. ed. norte-americana.
ISBN 978-85-221-1349-1
1. Física 2. Mecânica 3. Termodinâmica
I. Serway, Raymond A.. II. Grandini, Carlos Roberto.
III. Título.
12-03569 CDD-530
Índice para catálogo sistemático:
1. Física 530
LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb iiii 1111//0055//22001122 0000::5511::4477
Física
para cientistas e engenheiros
Volume 4 Luz, óptica e

física moderna
Tradução da oitava edição norte-americana
John W. Jewett, Jr.
Professor Emérito, California State Polytechnic University, Pomona
Raymond A. Serway
Professor Emérito, James Madison University
Com contribuições de Vahé Peroomian, University of California, Los Angeles
Tradução: All Tasks
Revisão técnica: Carlos Roberto Grandini
Professor titular do Departamento de Física da Unesp, campus de Bauru
Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos
LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb iiiiii 1111//0055//22001122 0000::5511::4477
Física para cientistas e engenheiros © 2010 por Raymond A. Serway
Volume 4 – Luz, óptica e física moderna © 2013 Cengage Learning Edições Ltda.
Tradução da 8a edição norte-americana
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá
ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a
John W. Jewett, Jr.; Raymond A. Serway
permissão, por escrito, da Editora. Aos infratores aplicam-se as sanções
previstas nos artigos 102, 104, 106 e 107 da Lei no 9.610, de 19 de
fevereiro de 1998.
Gerente editorial: Patricia La Rosa
Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos
Supervisora editorial: Noelma Brocanelli
autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste livro.
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na Alencar Albuquerque algum deles, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos.
Editora de desenvolvimento: Gisela Carnicelli
Para informações sobre nossos produtos, entre em
Título original: Physics for Scientists and Engineers contato pelo telefone 0800 11 19 39
Vol. 2 (ISBN 13: 978-1-4390-4874-0)
Para permissão de uso de material desta obra,
envie seu pedido para
Tradução: All Tasks
[email protected]
Revisão técnica: Carlos Roberto Grandini
© 2013 Cengage Learning. Todos os direitos reservados.
Copidesque: Bel Ribeiro
ISBN-13: 978-85-221-1349-1
Revisão: Cristiane Mayumi Morinaga e
ISBN-10: 85-221-1349-1
Maria Dolores D. Sierra Mata
Cengage Learning
Diagramação: PC Editorial Ltda.
Condomínio E-Business Park
Rua Werner Siemens, 111 – Prédio 20 – Espaço 04
Editora de direitos de aquisição e iconografia: Vivian Rosa
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Pesquisa Iconográfica: Ícone Comunicação e Tel.: [phone] – Fax: [phone]
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Josiane Camacho
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Capa: MSDE/Manu Santos Design
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Impresso no Brasil.
Printed in Brazil.
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